преобразователь перемещения в код

Формула изобретения

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий вал, жестко связанный с кодовым диском, на котором расположена равномерная растровая дорожка с шагом a_о, неподвижно установленную напротив кодового диска щелевую диафрагму, излучатель, жгут из осветительных и приемных световодов с V-ответвлениями на обоих концах, первая ветвь V-ответвления первого конца жгута образована осветительными световодами, ее торец обращен к выходу излучателя, вторая ветвь V-ответвления первого конца жгута образована приемными световодами и ее торец обращен к входу фотоприемника, торцы ветвей V-ответвления второго конца жгута обращены к щелевой диафрагме, выход фотоприемника соединен с входом усилителя, выход которого соединен с информационным входом компаратора, опорный вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, первый и второй одновибраторы, выходы которых подключены к первым входам первого и второго элементов И с расширением по ИЛИ, выходы которых подключены к входам соответственно сложения и вычитания реверсивного счетчика, отличающийся тем, что в него введены генератор тактовых импульсов, два элемента И, элемент задержки и два интегратора, равномерная растровая дорожка кодового диска выполнена отражающей, отверстия щелевой диафрагмы сдвинуты между собой на величину a_o(K 1/4), где K - целое число, а световоды выполнены одно- и многомодовыми различной длины, первая ветвь V-ответвления второго конца жгута образована одномодовыми световодами меньшей длины и ее торец размещен напротив первого отверстия щелевой диафрагмы, вторая ветвь V-ответвления второго конца жгута образована многомодовыми световодами большей длины и торец ее размещен напротив второго отверстия щелевой диафрагмы, выход генератора тактовых импульсов соединен с входами излучателя и элемента задержки и с первым входом первого элемента И, выход элемента задержки соединен с первым входом второго элемента И, выход компаратора - с вторыми входами первого и второго элементов И, выход которых через одноименные интеграторы подключены к входам первого и второго одновибраторов и вторым входам соответственно второго и первого элементов И с расширением по ИЛИ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системе дистанционного управления и контроля.

Известен преобразователь перемещения в код, содержащий светодиодный излучатель, оптически связанный с оптико-волоконным коллектором, выходные волоконно-оптические жгуты которого через считывающие окна лимбов оптически соединены с входными волоконно-оптическими жгутами приемного коллектора, выход которого оптически соединен с фотодиодом [1].

Недостатком данного преобразователя является невысокая помехозащищенность, так как излучатель и фотодиод находятся в корпусе преобразователя и могут быть подвергнуты воздействию внешних эксплуатационных факторов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь перемещения в код, содержащий осветитель, фотоприемники каналов прямого и реверсивного отсчетов, оптически связанные через кодовый диск и щелевую диафрагму с передающими и приемными светодиодами, объединенными в жгут с V-ответвлениями на концах. Дорожка кодового диска выполнена равномерной растровой с шагом а_о, а отверстия щелевой диафрагмы сдвинуты относительно друг друга по нониусной шкале на 1/8 шага этой шкалы. Выходы фотоприемников последовательно соединены с усилителями, пороговыми устройствами, одновибраторами и первыми входами логических элементов И с расширением по ИЛИ. Выходы пороговых устройств соединены также с вторыми входами логических элементов И с расширением по ИЛИ в противоположных каналах, выходы которых соединены соответственно с входами сложения и вычитания реверсивного счетчика [2].

Недостатком такого преобразователя является сложность конструкции, связанная с использованием относительно большого количества волоконных световодов.

В изобретении решается задача упрощения преобразователя. Это достигается тем, что в преобразователь перемещения в код, содержащий вал, жестко связанный с кодовым диском, на котором расположена равномерная растровая дорожка с шагом а_о, неподвижно установленную против кодового диска щелевую диафрагму, излучатель, жгут из осветительных и приемных световодов с V-ответвлениями на обоих концах, причем первая ветвь V-ответвленная первого конца жгута образована осветительными световодами, ее торец обращен к выходу излучателя, вторая ветвь V-ответвления первого конца жгута образована приемными световодами, и ее торец обращен к входу фотоприемника, торцы ветвей V-ответвления второго конца жгута обращены к щелевой диафрагме, выход фотоприемника соединен с входом усилителя, выход которого соединен с информационным входом компаратора, опорный вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, первый и второй одновибраторы, выходы которых подключены к первым входам первого и второго элементов И с расширением по ИЛИ, выходы которых подключены к входам соответственно сложения и вычитания реверсивного счетчика, введены генератор тактовых импульсов, два элемента И, элемент задержки и два интегратора, при этом равномерная растровая дорожка кодового диска выполнена отражающей, отверстия щелевой диафрагмы сдвинуты между собой на величину a_o(K 1/4), где К - целое число, а световоды выполнены одномодовыми и многомодовыми различной длины, первая ветвь V-ответвления второго конца жгута образована одномодовыми световодами меньшей длины, и ее торец размещен против первого отверстия щелевой диафрагмы, вторая ветвь V-ответвления второго конца жгута образована многомодовыми световодами большей длины, и торец ее размещен против второго отверстия щелевой диафрагмы, выход генератора тактовых импульсов соединен с входами излучателя и элемента задержки и с первым входом первого элемента И, выход элемента задержки соединен с первым входом второго элемента И, выход компаратора соединен с вторыми входами первого и второго элементов И, выходы которых через одноименные интеграторы подключены к входам первого и второго одновибраторов и к вторым входам соответственно второго и первого элементов И с расширением по ИЛИ.

На чертеже показана функциональная схема преобразователя.

В преобразователь входят вал 1, кодовый диск 2, щелевая диафрагма 3, жгут 4 из осветительных и приемных световодов, излучатель 5, фотоприемник 6, усилитель 7, компаратор 8, источник 9 опорного напряжения, генератор 10 тактовых импульсов, элемент 11 задержки, первый и второй элемент И 12 и 13, интеграторы 14, 15, одновибраторы 16, 17, элементы И 18, 19 с расширением по ИЛИ и реверсивный счетчик 20.

Вал 1 жестко связан с кодовым диском 2, на котором размещена равномерная отражающая растровая дорожка с шагом а_о. Отверстия щелевой диафрагмы 3 сдвинуты между собой на величину а_о (К 1/4), где К - целое число. Жгут 4 выполнен из одномодовых и многомодовых световодов различной длины. Первая ветвь V-ответвления второго конца жгута образована одномодовыми световодами меньшей длины, и ее торец размещен против первого отверстия щелевой диафрагмы. Вторая ветвь V-ответвления второго конца жгута образована многомодовыми световодами большей длины, и ее торец размещен против второго отверстия щелевой диафрагмы. Выход излучателя 5 через жгут 4, щелевую диафрагму 3 и кодовый диск 2 оптически связан с входом фотоприемника 6, выход которого через усилитель 7 подключен к информационному входу компаратора 8. С опорным входом компаратора соединен выход источника 9 опорного напряжения. Выход генератора 10 тактовых импульсов соединен с входами излучателя 5 и элемента 11 задержки и с первым входом первого элемента И 12. Выход элемента 11 задержки соединен с первым входом второго элемента И 13, а выход компаратора 8 - с вторыми входами первого и второго элемента И 12 и 13, выходы которых последовательно через одноименные интеграторы 14, 15, одновибраторы 16, 17 подключены к первым входам элементов И 18, 19 с расширением по ИЛИ. Выходы интеграторов 14, 15 подключены к вторым входам первого и второго элементов И с расширением по ИЛИ, выходы которых подключены к входам сложения и вычитания реверсивного счетчика 20.

Преобразователь перемещения в код работает следующим образом.

Генератор 10 тактовых импульсов синхронизирует работу преобразователя. Он вырабатывает последовательность коротких прямоугольных импульсов с одинаковым уровнем и скважностью, большей двух. Излучатель 5 преобразует эту последовательность в импульсы оптического излучения с теми же временными параметрами.

Излучение попадает в первую ветвь V-ответвления первого конца жгута 4 и по одномодовому и многомодовому световодам подводится к разным отверстиям щелевой диафрагмы 3. Отразившись от дорожки кодового диска 2, жестко связанного с валом 1, импульсы через первую и вторую ветви V-ответвления второго конца жгута 4, образованные соответственно одномодовыми и многомодовыми световодами, через вторую ветвь V-ответвления первого конца жгута 4 попадают на вход фотоприемника 6.

Вследствие большего модового состава и большей длины световодов, связывающих излучатель 5, второе отверстие щелевой диафрагмы 3 и фотоприемник 6, импульсы, проходящие через второе отверстие щелевой диафрагмы оказываются задержанными относительно импульсов, проходящих через первое отверстие щелевой диафрагмы. Это позволяет различить сигналы, отраженные от разных отверстий щелевой диафрагмы, и определить направление углового перемещения вала 1. Величина углового перемещения вала определяется по амплитуде отраженных импульсов, которая зависит от площади отражающих элементов дорожки, перекрываемых отверстиями щелевой диафрагмы 3.

Обработка промодулированных по длительности и амплитуде оптических импульсов происходит следующим образом. Фотоприемник 6 преобразует оптические импульсные сигналы в электрические, которые усиливаются в усилителе 7. В компараторе 8 происходит сравнение амплитуды сигнала на информационном входе с пороговым уровнем на опорном входе, задаваемом источником 9 опорного напряжения. В случае превышения амплитудой импульсов величины порогового напряжения они проходят на выход компаратора 8 и поступают на вторые входы первого и второго элементов И 12 и 13. Там они стробираются сигналом генератора 10 тактовых импульсов, причем во втором элементе И 13 с задержкой, величина которой определяется элементом 11 и подбирается равной задержке оптического импульса в многомодовых световодах жгута 4. В результате на выходе первого элемента И 12 формируются только импульсы, соответствующие сигналу с первого отверстия щелевой диафрагмы 3, а на выходе второго элемента И 13 - только импульсы, соответствующие сигналу с второго отверстия щелевой диафрагмы 3.

При перемещении вала 1 и жестко связанного с ним кодового диска 2 амплитуда импульсов на выходе усилителя 7 меняется от нуля до максимального значения. На выходе элементов И 12, 13 формируются последовательности коротких импульсов. На выходе интеграторов 14, 15 формируются сигналы прямоугольной формы, соответствующие огибающим этих импульсных последовательностей. Между собой сигналы с выходов интеграторов 14, 15 отличаются по пространственной фазе на величину а_о(К 1/4). По переднему фронту сигналов с выходов интеграторов 14, 15 одновибраторы 16, 17 вырабатывают короткие импульсы.

Пусть сигнал с интегратора 14 опережает сигнал с интегратора 15. Тогда сигнал с интегратора 14 разрешает прохождение импульса с выхода одновибратора 16 через элемент И 18 с расширением по ИЛИ на вход сложения реверсивного счетчика 20. Происходит возрастание кода, формирующегося на выходе реверсивного счетчика.

При смене направления углового перемещения вала 1 сигнал с интегратора 15 опережает сигнал с интегратора 14. Тогда сигнал с интегратора 15 разрешает прохождение импульса с выхода одновибратора 17 через элемент И 19 с расширением по ИЛИ на вход вычитания реверсивного счетчика 20. Происходит уменьшение кода, формирующегося на выходе реверсивного счетчика.