Преобразователь с электрооптической редукцией

Преобразователь с электрооптической редукцией

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06. 02. 81. (21) 3268765/18-24 с присоединением заявки рй (23) Приоритет

Опубликовано 15. 1О. 82. Бюллетень М 38

G 08 С 9/06

Гоеударотмнный комитет

СССР но делам изобретений

is открытий (53) УДК 681. 328 (088. 8) Дата опубликования описания 15 10 82

Р. И. Волков, Г. P. Пекки, В. И.. Бонда нко1кЩ рур щу

M. А. Пакканен, А. И, Лукьянов, П. P.. повис, И. И. Максимов, Г. Д. Кравченко и К. Б ЯаиМ Ф ФТЕХНИЧЙСНАЯ

БИБЯИОПтКА (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКОЙ

Р ЕДУ КЦИ ЕЙ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к оптико-электронным устройствам для преобразования аналоговых величин в цифровую форму, и пред- назначено для использования в измерительных системах.

Известны оптико-электронные растровые преобразователи, в которых угловое перемещение преобразуется в <р соответствующую фазу электрического сигнала путем электрической модуляции светового потока источника света или сигналов фотоприемников (1).

Недостатком растровых преобразо- ss вателей является сильная зависимость рисунка растрового сопряжения от эксцентриситета, боя подшипников,точности изготовления растров. Кроме того,.в таких преобразователях точность преобразования ограничиваетоя разбросом и стабильностью характеристик фотоприемников.

Наиболее близким техническим решением является преобразователь с электрооптической редукцией, содержащий последовательно установленные источники излучения точного и грубого отсчетов, светомодулирующее устройство в виде модулирующего лимба, закрепленного на камертоне, связанный с валом кодирующий диск, на котором нанесены дорожки точного и грубого отсчетов, воспринимающий блок и блок отсчетов 32 ).

Недостатком этого преобразователя является низкое быстродействие, ограниченное частотой механических колебаний модулирующего лимба.

Цель изобретения - повышение быстродействия преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе с электрооптической редукцией, содержащем ис точник излучения точного отчета, оптически соединенный со светомодули6722 б

3 96 рующим устройством, кодируюищй диск, на котором нанесены дорожки точного и грубого отсчетов, воспринимающий, блок, блок отсчвтов, источники излучения грубого отсчета введены дополнительные источники излучения точ"

e„ ного отсчета, светоделительный элемент, оптические элементы, щелевая диафрагма,и блок управления источниками излучения, управляющие выходы которого соединены с источниками излучения точного отсчета, которые оптически соединены через светомодулирующве устройство, светоделительный и оптические элементы с кодирующим диском и блоком управления источ никами излучения, синхронизирующий выход которого подключен к входу

1блока отсчетов,, источники излучения грубого отсчета оптически соединены через щелевую диафрагму и

-оптический элемент с кодирующим диском.

Кроме того, светомодулирующее устройство выполнено в виде пластины, о на которой закреплены светоизоляторы, на пластине нанесена маска в виде пространственно сдвинутых диаф-и . рагм с синусоидальным профилем окна.

Причем блок управления источниками излучения выполнен из кольцевого счетчика, коммутатора, управляемых источников питания, блока аналоговых ключей и задающего генератора, выход которого соединен с кольцевым счетчиком, выходы которого соединены с управляющими входами блока анало, говых ключей и коммутатора, выходы коммутатора через управляемые источ« ники питания соединены с сигнальными входами блока аналоговых ключей, и фотоприемника;. выход которого через усилитель соединен с сигнальными ваодами коммутатора.

На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг. 2пример выполнения кодирующего диска; на фиг. 3- пример выполнения маски светомодулирующего устройства; на фиг. 4 - эпюры напряжения на выходе " фотоприемника точного отсчета, Преобразователь с электрооптической редукцией содержит источники излучения 1 грубого отсчета, источники излучения 2 точного отсчета, светомодулирующее устройство 3, светоизоляторы 4, щелевую диафрагму

5, светоделительный элемент 6, оптические элементы 7, кодирующий дис.

8-, дорожки 9 и 10 грубого отсчета, дорожку 11 точного отсчета, вал 12, воспринимающий блок 13, фотоприемники 14 грубого отсчета, ф топриемник

15 точного отсчета, опти-:еские элементы 16 и I7, блок 18 отсчетов, усилители фотосигналов 19 и 20, преобразователь 21 фаза«код, преобразователь 23 кодов, выходной регистр 23, блок 24 согласования отсчетов, блок 25 управления фотоприемниками, фотоприемник 26, усилитель

27 фотосигналов, блок 28 аналоговых ключей, управляемые источники 29 питания, коммутатор 30, задающий генера» тор 31 и кольцевой счетчик 32.

С выхода регистра 23 снимается в цифровой форме информация об угловом положении вала 12. Блок 25 содержит коммутатор 30, выполненный на аналоговых ключах. Кодирующий Диск 8 (фиг. 2) имеет две дорожки грубого отсчета 9 и 10 и дорожку точного отсчета 11. Дорожки грубого отсчета выплнены по компактному принципу, позволяющему снимать с двух дорожек и (2+и) двоичных разрядов., где и =1, 2,.... На фиг. 2 изображены дорожки для и = 2, что позволяет получить

6 двоичных разрядов. Дорожка точного отсчета 11 выполнена в виде радиального штрихового растра с равными прозрачными и непрозрачными штрихами, шаг которых равен минимальному шагу

И штрихов дорожки 9 грубого отсчета.

Это условие необходимо для согласования грубого и точного отсчетов.

На светомодулирующем устройстве

3 нанесена маска в виде четырех диафрагм с синусоидальным профилем окна, причем пространственно диафрагмы сдвинуты на четверть периода этой синусоиды (фиг. 3). Диафрагмы отделе" ны другеот друга светоизоляторами 4

45 и пропускают световой поток только от своего источника 2 излучения точного отсчета. Для определения отсчета по нескольким штрихам каждая диафрагма имеет группу синусоидаль ных окон. Оптический элемент 16 формирует изображение маски на дорожке точного отсчета 11 таким образом, чтобы период окон диафрагм совпадал с шагом штрихов дорожки 11 точного отсчета. На фиг. 3 показано совмещение изображения окон диафрагм со штрихами дорожки точного отсчета.

V «ХлЧ

Н (3) 15

Щ (2) 55

5 9667

Преобразователь работает следующим образом, Задающий генератор 31 вырабатыва" ет импульсы, которые запускают колЬ- . цевой счетчик 32. На выходе счетчи" ке 32 вырабатываются импульсы управ» ления, которые последовательно за равные промежутки времени открывают ключи коммутатора 30, подключая управляемые источники питания 29 к соответствующим источникам 2. Световой поток от этих источников проходит. через соответствующие диафрагмы светомодулирующего устройства 3 и разделяется светоделительным элементом 6 на два потока, один из которых предназначен для измерения. угла поворота вала, другой - для коррекции величины светового потока от каждого источника 2 излучения точного от :. o счета, Величина светового потока, проходящего на фотоприемник 15, от каждого источника 2 зависит от взаим» ного расположения изображения окон диафрагмы и штрихов дорожки т4чного

1 отсчета 11. Так как импульсные источники .2 включаются:последовательно, на фотоприемник 15 поступают световые потоки переменной интенсивности. Сигнал на выходе фотоприемника 15 представлен на фиг. 4. Можно показать, что электрическая фаза Ч первой гармоники сигнала с точностью до аддитивной постоянной равна

А1 АФ =" А A

3 где А, А, A, А - амплитуды сигнала от соответствующих источников 2. После прохождения через кодирующий диск

8.

Амплитуда сигнала A„ (i =1,2,3,4) зависит от:величины открытой площади окна, которая, в свою очередь, зависит от взаимного расположения изображения окон диафрагмы и штрихов дорожики П точного отсчета (фиг.3).

Учитывая, что профиль окон диафрагм синусоидапьной формы, получаем

А„=К.Ь(„+(14- ) — 3, 117I9 ) где К - коэффициент пропорциональности; - угол поворота вала;

Н - шаг штрихов дорожек точного отсчета, выраженный в угловой мере.

22 6

C учетом (1) и (2) находим т.е. фаза электрического сигнала Ч пропорциональна углу поворота вала

4, Величина 2n/H является коэффициентом электрооптической редукции.

Избирательный усилитель 1g фотосигналов выделяет из сигнала фотоприемника 15 первую гармонику, которая подается на вход преобразователя, 21 фаза-код. Сигнал опорной фазы поступает на вход преобразователя 21 с одного из выходов кольцевого счетчика 32. Преобразователь 21 преобразует фазу сигнала в позиционный двоичный код, являющийся кодом точного отсчета угла поворота вала.

Погрешность точного отсчета опреде" ляется в -.основном неравенством световых потоков импульсных источников

2 излучения точного отсчета. Для исключения этой погрешности служит блок управления 25 фотоприемниками, который работает следующим образом.

Часть светового потока от источников 2 светоделительным элементом ,6 направляется на фотоприемник 26.

Сигнал с фотоприемника 26 через уси литель 27 фотосигналов коммутатором

30 подключается к входу того управляемого источника 29 питания, который запитывает включенный в данный момент. источник 2, сравнивается с опорным напряжением и в случае наличия рассогласования напряжение на выходе источника 29 меняется до устранения этого. рассогласования, Таким образом, регулируются световые потоки от всех источников 2.

Для устранения влияния на точность преобразования угла поворота вала эксцентриситета, боя подшипников и т.п. устанавливается две (а еще лучше четыре) диаметрально расположен ные относительно кодирующего диска рассмотренные выше фотоэлектрические отсчетные системы.

Информация с дорожек 9 и 10 грубого отсчета снимается с помощью щелевой диафрагмы 5, подсвечиваемых источниками 1 излучения грубого отсчета и проектируемых на кодирующий диск оптическим элементом 7. С выхода фотоприемников 14 снимается одна-." переменный код, который через усилитель 20 фотосигналов поступает в пре

7 966722 8 обраэователь 22 кодов, где преобразуется в позиционный двоичный код.

Полученный позиционный код в блоке

24 согласования отсчетов корректируется по коду точного отсчета и noc"" тупает в выходной регистр 23ь

Таким образом, предложенный преобразователь с электрооптической редукцией, сохраняя такие положительные качества прототипа, как выполнение 10 на одном кодирующем диске дорожек точного и грубого отсчетов и. высокий коэффициент электрооптической редукции, обеспечивающий высокую точность преобразования,, обладает и су- 15 щественно большим быстродействием и лучшей технологичностью, поскольку исключается из состава преобразователя такой сложный в изготовлении и ба" лансировке элемент как кольцевой. ка- zp мертон., формула изобретения

О . 2$

1. Преобразователь с электроопти ческой редукцией, содержащий источник излучения точного отсчета, опти- чески соединенный со светомодулирующим устройством, кодирующий диск, Зр на котором нанесены дорожки .точного и грубого отсчетов, воспринимающий блок, блок отсчетов„ источники излу" чения грубого отсчета, о т л и ч аю шийся тем, что,с целью повы3$ шения быстродействия преобразователя,. в него введены дополнительные источники излучения точного отсчета, светоделительный элемент, оптические элементы, щелевая диафрагма и

40 блок управления источниками излучения, управляющие выходы которого соединены с источниками излучения точного отсчета, которые оптически соединены через светомодулирующее устройство, светоделительный и оптические элементы с кодирующим диском и блоком управления источниками излучения, синхронизирующий выход которого подключен к входу блока отсчетов, ис". точники излучения грубого отсчета оп тически соединены через щелевую диафрагму и оптический элемент с кодирующим диском.

2. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что светомодулирующее устройство выполнено в виде пластины на которой закреплены светоизоляторы, на плвсти е нанесена маска в виде пространственно сдвинутых диафрагм с синусоидальным профилем окна.

3. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что блок управления источниками излучения выполнен из кольцевого счетчика, коммутатора, управляемых источников питания, блока -аналоговых . ключей, задающего генератора, выход которого соединен с кольцевым счетчиком, выходы которого соединены с управля:ющими входами блока аналоговых клю-. чей и коммутатора, выходы коммутатора через управляемые источники питания соединены с сигнальными входами блока аналоговых ключей, и фотоприемника, выход которого через усилитель соединен с сигнальными входами коммутатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Преснухин Л.. Н. и др. Фото-электрические преобразователи информации. М., "Машиностроение". 1974, с. 211-230.

2. Авторское свидетельство СССР

И 746658, кл. а 08 С 9/06, 1976 (прототип).