Цифровое устройство для измерения порядка интерференции

Цифровое устройство для измерения порядка интерференции

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерения дробной части интерференционной полосы за счет исключения из процесса измерения значения постоянной составля- , ющей сигнала. Устройство состоит из двух каналов, каждй из которых содер-. жит фотопреобразователь 1(2),нормирующий усилитель (НУ)3(4), аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5(6) следящего типа, формирователь J ( 8) , блок 9(10) коррекции, и схемы обработки, которая включает в себя блок 11 деления , блок 12 вычисления обратных тригонометричных функций, блок 13 формирования сигнала , комбинационную логическую схему 14, реверсивный счетчик 15, первый двухвходовый элемент 16 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй двухвходовый элемент 17 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Сигналы с фотопреобразователей 1 и 2, сдвинутые по фазе на 90 , поступают на нормирующие усилители 3 и 4, с выходов которых сигналы, имеющие нескомпенсированную постоянную составляющую, поступают на входы АЦП 5 и 6. Цифровые коды сигналов поступают на информа ционные входы формирователей 7 и 8, где происходит определение и запоминание значения постоянных составляющих сигналов. Блоки 9 и 10 коррекции удаляют из цифровых кодов сигналов фотопреобразователей значения их постоянных составляющих. С выходов блоков 9 и 10 коррекции сигналы поступа.ют на информационные входы блоков 13 и 11. С выхода блока 11 деления результат деления подается на блок 12 вычисления обратных тригонометрических функций arctg или arcctg. 4 ил. С/)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SV„„1420364 A 1 (50 4 G 01 В 21/00

51. -. г с

Г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 } 4177245/24-28. (22} 0&.01.87 (46) 30.08.88. Бюл. Ф 32 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В.И, Ульянова (Ленина) (72) Г.К. Конопелько (53) 531.7(088.8) (5e) Авторское свидетельство СССР

В 1260682, кл. G 01 В 21/00, 1984. (54) ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОРЯДКА ИНТЕРФЕРЕНЦИИ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повьвпение точности измерения дробной части интерференционной полосы за счет исключения из процесса измерения значения постоянной составляющей сигнала. Устройство состоит из двух каналов, каждй из которых содер-. жит фотопреобразователь 1(2),нормирующий усилитель (НУ) 3(4), аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5(б.) следя— щего типа, формирователь 7(8), блок

9(10) коррекции, и схемы обработки, которая включает в себя блок 11 деления, блок 12 вычисления обратных тригонометричных функций, блок 13 формирования сигнала, комбинационную логическую схему 14, реверсивный счетчик

15, первый двухвходовый элемент 16

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй двухвходовый элемент 17 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Сигналы с фотопреобразователей 1 и 2, сдвинуо тые по фазе на 90, поступают на нормирующие усилители 3 и 4, с выходов которых сигналы, имеющие нескомпенсированную постоянную составляющую, поступают на входы ALII 5 и 6. Цифровые коды сигналов поступают на информационные входы формирователей 7 и 8, где происходит определение и запоминание значения постоянных составляющих сигналов. Блоки 9 и 10 коррекции удаляют из цифровых кодов сигналов фотопреобразователей значения их постоянных составляющих. С выходов блоков 9 и )О коррекции сигналы посту,пают на информационные входы блоков

13 и 11. С выхода блока 11 деления результат деления подается на блок 12 вычисления обратных тригонометрических функций arctg или arcctg 4 ил, )420364,r i i »> . si K изм:pli тельне» технике и может быть иснользо; >>о для и «tepeltrtst >сре;1ещений

3.,:».Iít tx объектов.

11>л1,к> изобретения является повы .с":,1е т чи >сти í-.мерения дробной час1»: r e)>4>å>7årtö;t>>:IIIñ é полосы путем исключ- »»я из»роцесса измерения значе>гия постоянной составля>ощей сигна- lp ла.

На ф»г. 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства на фиг.2 — функциональная схема формироВателя,на фиг.3 — функциональная схе- 5

tta блока коррекции;на фиг.4- функциональная cxetre блск; формирования сигil 7.: устройс>во состоит из двух каналов, .;-ждый . > i,. Ес с>ых сод. pII>rrr 1ос>;Вдов>:тельiio coe»1 >ен.:ь: фото .;„е 16ра зо Ватель l > )>, > " 1 lp >"пщий ус»ли > "ль 3, 4 ) > >ili.>!1, .;>: >)>pои011 Iip >6p7

> 117 . ВВЬ (А11Л), e C>tel!. 114(I о Т>1Г >

„; р и рователь 7(,)» е>ло:, 9, ) 0) кср- 25

".е»еци11 1гнфор:1аiitioiii! I>i Вхoji, X к>>Topol o

>= еди "с>1 с l! It>)>optr.> 1>rturtrst ttr в:,t-. одом

l>I1ll. Управляющие Входы С формироватс-.лей 7 и 8 и блоков 9 10 коррекЦИИ С«ЕД11ИЕНЫ С ВЫХОДОМ СР 1;»ИЕ 7ЮЩЕ1> устройства .1!Н 5 и 6 соответст : И1 .: ; . .,> Е > 1,»> "1>>РСВВТЕПЯ 1С:1Н:1. а ое, .:1>1с» с з.:.Г,> и 11 блока коррек»11е>.

Устройс и>> > со р:1>ит также б7.> ° 11, иифсрм; —..>l;>o>1>1ые В, Ih> коlopol o c> IHIIer1>>l >. 1н>)» 1-.>1ад:to» li trill PL i. oP t I! Й io ков 9 и 10 коррекции, блок 12 вычис,;IeIfrI обратных т) нгоно." ет).ических функций, инф зр.>ационный В.;од к->торого соединен с В rxopow блока 1) целе- 40 ния, блок ) 3 >)п>р> zip".В- :ния сигнала, е- хс>ды кото): Го соединень> с инфс рмацн»1П> П>И В>1хода.1И,"> бПОКОВ 9 И 0 кoррекц;и!, Вых»>д подклк>чен к .;прав;t>1к!! .Г>>у вх;, -с; а 1 де 7е>и1я > кoM — 45 б>11», ljttorltty Ji»11"! В> кч » 11 >.му 1 ВХО ды которой пс>дкл>очены к Выходам у фс>1;м»р<>вате7ей 7 и 8 и Выходу блока ! 3 формирования сш папа, ревсрсивный счетч»к 15 > суммируюп)ий и вы итающий входы которого соединены с

Выходами к 1бинациониой логической с .>ем1.,1 . 11ервьlй двухвхс>довьп1 зпе (>С > :" . 4",Г)Е Е П11 1 6 .> В,.7ды кс—

>Го соед1111е1> . C вьгходами формиЭ.Э

>1>тЕ;1Ей 7 И 3,,-,-рОй двуХВХсдО; » х1емечт ИСК>11011 .»!1)1>Е )ЛИ )7, первы» вход к>>торо го соедие1ен с выхо-д;1»ка 3, . Т ii!pзв.>лип сигнала, Второй вход — с выходом первого эле-. мента ИСКЛК)ЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, а выход подключен к управляющему входу блока 12 Вычисления обратных тригонометрических функций.

Формирователь 7(8) состоит(фиг.2) из двоичного суммирующего счетчика

18, первого регистра 19 сдвига, первой 20 и второй 21 схем сравнения кодов, первой логической схемы 22, схемы 23 задержки, второго регистра

24 сдвига, тре)ьей 25 и четвертой

26 схем сравнения кодов, второй логической схемы 27, первого 28 и второго 29 четырехвходовых элементов И, первого РБ-триггера 30, первого двухВходсвого -.ëåìåíòà ИЛИ 31, элемента ЗИЛИ-2И 32 и второго RS-триггера

33. .Вктс>вый генератор 34 является

>бщнм для АЩ1 5 и 6 и формирователей 7 и 8.

Б.>1ок 9()0) коррекции (фиг. 3)

cucòoèT из регистра 35 сдвига, регистра 36, сумматора 37 и схемы 38 задержl it.

Е>>с>к 1 3 формирования сигнала (,1)..1г. 4, содержит схему 39 сравнения

1 кодов и D-триггер 40.

Устройство работает следующим обра 3 >11.

Сиг>1алы с. фотопреобразователей 1

-и 2, сдвинутые по фазе Hd 90, поступают на нормирующие усилители 3 и 4, .де происходит их усиление. Сигналы, ilocтупающие на вход АЦП 5 и 6, имеют нескомпенсированную постоянную сосгавл>..ющую. Цифровые коды сигналов фотопреобразователей поступают на информ.>ционные входы Х формирователей 7 и

8 и блоков 9 и 10 коррекции, На выход->Х у формирователей 7 и 8 формируютс;i сигналы,,единичному значению кото-. рых соответствует положительное относительно своей постоянной составляющей. значение цифрового кода сигнала фотоиреобразоватИля, а нулевому значению — отрицательное. Определение моменто>з герехода от нулевого к единичному и от единичного к нулевому значениям сигнала у осуществляется с поступлением управляющего сигнала С с

Вьехода сравнивающего устройства АЦП, т,е. В момент изменения выходного кода AIIII. При изменении сигнала у формируется сигнал h, который с выходов формирователей 7 и 8 поступает на вход h блоков 9 и 10 коррекции соотВетственно. 1. о сигналу h происходит

1420364

4 где !! — сигнал управле!!ия блокам 11 деления, формируемый блоком

13 формирования сигнала пс алгоритму

1, если A В, О, если А В, Х!

arctic

Х2 если0 иР 0, Х2

arctic

XI если!10иР

Х2

arctic

Х! еслиU ОиP

У| Уг 1 + У У, + Y, у I +, y 1- 1 +

У2 yi Ц + у, У2 U ) + у у

2 У2 У t + y У2! + у у

y, y UI + у у, Ul + —, ц запоминание значения выходного кода

АЦП, которое в этот момент саатнетствует значению постоянной составляющей сигнала фотопреобраэонателя.

В дальнейшем осуществляется коррекция значения сигнала фотапреабразователя на значение постоянной составляющей. Цифровые сигналы без постоянных составляющих с выходов $ блоков

9 и 10 коррекции поступают на информационные входы блока 13 формирования сигнала и блока 11 деления. В блоке деления осуществляется деление меньшего числа на большее. С выхода блока 11 деления результат деления подается на информационный нход блока 12 вычисления обратных тригонометрирических функций агс1 или агсс1!, на выходе которого формируется цифровой код дробной части интерференционной полосы. Алгоритм вычисления дробной части интерференционной полосы записывается как

Х!

arctic —, если U = и P !, Х2

Работа формирователей 7 и 8 основана на анализе количества импульсов 45 тактового генератора АЦП, поступивших в счетчик между последовательными срабатываниями сравнивающего устройства следящего AIIII,и анализе соотношения значений кодов сигнала фотопреобразо50 вателя, соответствующих тем же моментам срабатывания сравнивающих устройств АЦП. Анализируются количество импульсов и значения кодов сигнала фотопреобразонателя, соответствующие текущему моменту срабатывания срав55 нивающего устройства АЦП и двум предыдущим срабатываниям. Запоминание текущего и двух предыдущих значений где А и  — значения информационных сигналон на входах А и В блока 13 формирования сигнала

P — сигнал управления блоком вычисления обратных тригонометрических функций, формируемый элементами

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 и 17 по алгоритму

Р = (у, О+ у,) 0+ где у, и у, — сигналы с выходов у формирователей 7 и 8 соответственно.

С ныхадон у формирователей 7 и- 8 и с выхода блока 13 формирования сигнала поступают на входы комбинационной логической схемы 14, на выходе которой формируются две последовательности импульсон у+ и у- поступающих соответственна на суммирующий и нычитающий входы реверсивного счетчика 15. Алгоритм формирования сигналов у+ и у записывается как содержимого счетчика 18 осуществляется в регистре 19 сдвига, где Ql текущее значение содержимого счетчика; Q2 — содержимое счетчика, соответствующее предыдущему моменту, Q3содержимое счетчика, соответствующее моменту, предшествующему Q2. Запись текущего содержимого счетчика осуществляется сигналам С, поступающим от сравнивающего устройства АЦП:Одновременно этим же сигналом записывается текущее значение цифрового кода сигнала фотопреобраэавателя н регситр

24 сдвига и устанавливается в единичное состояние триггер 33. Этот же сигнал поступает в схему 23 задержки, время

14203 задержки которой равно общему времени установления всех элементов формирователя. Высокий уровень сигнала с прямого выхода триггера 33 подго5 тавливает прохождение сигнала с выхода схемы 23 задержки через элементы 28, 29 и 32. Выход Ql регистра

24 сдвига соответствует текущему значению сигнала фотопреобразователя, 10

Q2 - предыдущему, ЦЗ вЂ” предшествующему 2. Первая и вторая схемы 20 и

21 сравнения кодов формируют сигналы сравнения, поступающие на вход первой логической схемы 22, которая фор- 15 мирует два сигнала G и Н по алгоритмам: е; р

Н = (1 Ф k) + (К (m + n )).

20 где, р, 1, k, а, и — входные сигналы, соответствующие одноименным входам логи ческой схемы 22; 25

С и Н вЂ” сигналы, соответствующим выходам G и Н логической схемы 22.

Высокий уровень сигнала G формируется, если последовательно происходило уменьшение, а затем увеличение содержимого счетчика 18, в противном случае формируется сигнал Н.

Высокий уровень сигнала Н поступает на вход элемента ЗИЛИ-2И 32 и да 35 лее на сдвигающие входы регистров 19 и 24, сдвигая их содержимое на один шаг, на входы Е счетчика 18 и триггера 33, сбрасывая их в нулевое состояние. Изменения состояния триггера 30

40 не происходит, и схема возвращается в исходное состояние.

Высокий уровень сигнала фотопреобразователя, поступающий на входы элементов И 28 и 29, подготавливает

45 установку триггера 30. Одновременное формирование высоких уровней сигналов G и Н невозможно.

Третьей и четвертой схемами 25 и

26 сравнения кодов осуществляется сравнение текущего и двух предыдущих значений сигнала фотопреобразователя.

Выходы схем сравнения соединены с входами второй логической схемы 27, которая формирует три сигнала по 55 алгоритмам:

Ч=(,+е) ° с, К = d а;

64 6

Е = d(c + Ь)+ (f + e) ° (а + Ь), где а, b, с, d, е, — входные сигналы, соответствующие одноименным входам логической схемы 27, V, К, Š— выходные сигналы, соответствующие одноименным выходам логической схемы 27.

Формирование высокого уровня сиг- налов Ч или К при наличии высокого уровня сигнала G подготавливает изменение состояния триггера 30 и соответствует моменту равенства значения цифрового кода входного сигнала формирователя значению постоянной составляющей сигнала фотопреобразователя. Сигнал установки триггера 30 формируется после поступления задержанного сигнала со схемы 23 задержки и поступает одновременно на элемент

ИПИ 31 и далее на выход h формирователя и на вход элемента ЗИЛИ 2И 32.

Сигнал с выхода элемента ЗИЯЙ-2И 32 сдвигает содержимое регистров 19 и

24 на один шаг и сбрасывает счетчик

18 и триггер 33. При формировании вы-. сокого уровня сигнала Е состояние триггера 30 не изменяется, сигнал Е поступает на вход элемента ЗИЛИ-2И 32, выходной сигнал которого сдвигает содержимое регистров 19 и 24 на один шаг и сбрасывает счетчик 18 и триггер 33. Одновременное формирование высокого уровня сигналов Ч, К, Е невозможно. После поступления сигнала с выхода элемента ЗИЛИ-2И 32 схема формирователя приходит в исходное состояние и готова к отработке следующего цикла, который начинается с приходом сигнала С от сравнивающего устройства АЦП.

Блок 9(10) коррекции работает следующим образом.

Цифровой код аигнала фотопреобразователя с выхода АЦП поступает на вход сдвигающего регистра 35 (фиг. 3).

С приходом сигнала С от сравнивающего устройства АЦП содержимое регистра 35 сдвигается на один шаг и после задержки в схеме 38, определяемой временем установления регистра сдвига, задержанный сигнал записывает в регистр 35 новое значение кода сигнала фотопреобразователя. Выход Ql соо ветствует текущему значению сигнала, а вход Q2 — предыдущему значению сиг1420364 нала фотопреобразователя. Сигналом формируемым в формирователе 7 или

8, в регистр 36 записывается значение постоянной составляющей сигнала фотопреобразователя. В сумматоре 37 осуществляется вычитание из текущего значения сигнала фотопреобразователя значения его постоянной составляющей.

Значение постоянной составляющей может корректироваться через половину периода сигнала фотопреобразователя или через четверть длины волны излучения лазера интерферометра, что обеспечивает текущую коррекцию постоянных составляющих сигналов фотопреобраэователей.

Блок 13 формирования сигнала (фиг. 4) состоит из схемы 39 сравнения кодов, иа входы которой посту- 20 пают скорректированные значения сигналов фотопреобразователей. D-триггером 40, включенным в счетном режиме, фиксируются моменты равенства сигналов фотопреобраэователей. 25

Сигнал U с выхода блока 13 формирования сигнала и сигналы с выходов формирователей 7 и 8 обеспечивают формирование счетных импульсов с дискретностью одной шестнадцатой 30 длины волны излучения лазера. В пределах этой дискретности вычисляется значение дробной части интерференционной полосы.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 35

Цифровое устройство для измерения порядка интерференции, содержащее два канала, каждый из которых состоит из фотопреобразователя, нор- 4р мирующего усилителя, вход которого соединен с выходом фотопреобразователя, аналого-цифрового преобразователя и блока формирования сигнала, комбинационную логическую схему, входы которой соединены с сигнальнь ми выходами формирователей и Гло— ка формирования сигнала, реяерсивный счетчик, входы которого соединены с выходами комбинационной логической схемы, блок деления, блок вычисления обратных тригонометчески функций arctic или arcctg, вход которого соединен с выходом блока деления, первый двухвходовый элемент

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которого подключены к сигнальным входам формироват елей, второй двухвходовый элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, устройство снабжено двумя блоками коррекции, информационные входы которых соединены с выходами аналого-цифровых пре образователей каналов, первые управляющие входы блоков коррекции соединены с управляющими выходами формирователей, информационные выходы блоков коррекции соединены с информационными входами блока деления и блока формирования сигнала, выход блока формирования сигнала подключен к управляющему входу блока деления и первому входу второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выход — с управляющим входом блока вычисления обратных тригонометрических функций, входы аналого-цифровых преобразователей соединены с информационными входами формирователей, а выходы сравнивающих устройств аналого-цифровых преобразователей соединены с управляющими входами формирователей и вторыми управляющими входами блоков коррекции каналов.

t420364

1420364 фиг. 0

Тираж 680

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор А. Лежнина

Заказ 4316/42

Составитель С, Валиуллин

Техред Л.Олийнык

Корректор И. Муска

Подписное