Устройство для выборки и интерполяции на несущей частоте

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫБОРКИ И ИНТЕРПОЛЙЦИИ НА НЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЕ ийформации о путь и угле поворота объекта, состоящее из осветителя, расположенных последовательно по ходу светового луча подвижного растрового экрана, неподвижного растрового экрана, содержащего четыре йггрнховых поля, сдвинутых по отношению одно к другому на четверть постоянной решетки К, и фотоэлектрической воспринимающей головки, состоящей из четырех фотоприемников. блока обработки сигналов, содержащего каналы грубого и точного отсчета , отличающееся тем, что оно снабжено управляемым блоком ортогональных сигналов, содержащим генератор 5 импульсов и соединенным с осветителем 1, а канал точного отсчета блока обработки сигналов выполнен в виде разностных операционных усилителей 11 и 12, включенных после фотоприемников 7-10 избирательных фильтров 13 и 14 и соединенных последовательно суммирующего усилителя 15, аналого-цифрового преобразователя 16 и блока 17 оценки фазы, соединенного с генератором 5 импульсов управляемого блока орто- {g гональных сигналов. . 2 . Устройство ПОП.1, ОТЛИ- 1/1 чающееся тем, что осветитель 1 включает в себя не менее двух модулируемых светодиодов. О 9д СП э: эо ч

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

1(51) G 01 В 21 /00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

° °

89) 139897 ГДР

21) 7770961/18-28 (22) 05.12.79 (46) 07.01.84. Бюл. В 1 (72) Клемме Йоахим и Вейланд

Фолкмар (ГДР> (71) ФЕБ Карл Цейсс Иена (ГДР) (53) 531.7(088.8) (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫБОРКИ

И ИНТЕРПОЛЯЦИИ HA НЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЕ информации о путк и угле поворота объекта, состоящее из осветителя, расположенных последовательно по ходу светового луча подвижного растрового экрана, неподвижного растрового экрана, содержащего четыре и триховых поля, сдвинутых по отношению одно к другому на четверть постоянной решетки К, и фотоэлектрической воспринимающей головки, состоящей из четырех фотоприемников, „„SU„„1 A

/ блока обработки сигналов, содержащего каналы грубого и точного отсчета, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено управляемым блоком ортогональных сигналов, содержащим генератор 5 импульсов и соединенным с осветителем 1, а канал точного отсчета блока обработки сигналов выполнен в виде разностных операционных усилителей ll и 12, включенных после фотоприемников 7 -10 избирательных фильтров 13 и 14 и соединенных последовательно суммирующего усилителя 15, аналого-цифрового преобразователя 16 и блока 17 оценки фазы, соединенного с генератором 5 импульсов управляемого блока орто-! гональных сигналов.

2. Устройство по п.l, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что осветитель

1 включает в себя не менее двух модулируемых светодиодов.

1065687

Изобретение касается устройства для выборки и интерполяции на несуaleN частоте инФормации о путях и углах поворота для фотоэлектрических измерительных систем, работающих по методу проходящего и отраженного света, в особенности для измерительных приборов н станков.

Для повышения разрешающей способности фотоэлектрических методов и устройств измерения путей и углов поворота применяются, например, интерполяторы, работающие на прин" ципе среза амплитуды первичного сигнала измерительной головки системы.

Период первичных сигналов разбивается либо .прецизионным триггером, либо высокочастотным делителем напряжения с последующим наложением соответствующих функций (DE-АЗ 1498137).

Подобная интерполяция обуславливает при повышении интерполяцион. ного множителя усложнение настройки. электронных схемных элементов. Кро1 ме того, с учетом цифрового умножения достигается интерполяционный. множитель, равный примерно 40-80.

С увеличением интерполяционного множителя возрастают схематические затраты для интерполятора н повышаются требования к первичным сигналам измерительной головки в отношении нх формы, стабильности амплитуды, фазового угла и постоянной составляющей.

В ДД-РБ 128338 описывается фазоциклический, основанный на несущей частоте, способ интерполяции, и устройство для определения измеряемой величины для фотоэлектрических систем измерения пути и угла поворота. При этом квазисинусоидальные сигналы в первом канале оцениваются в момент прохождения нуля, а во втором — оценивается значение фазы сигнала в данный момент, между двумя точками прохождения нуля. Грубые информационные величины первого канала оценки и точные ин формацнонные величины второго кана ла оценки обрабатываются совместно в каскаде оценки информации. Таким образом, создаются условия для модуляции несущего сигнала соответствующим первичным сигналом измерительной головки не в измерительной головке, а в специальной следящей схеме. Это устройство применено для фотоэлектрических измерительных систем, у которых, например, функции пути и угла получаются с помощью проектирующей промежуточной оптики для обраэования муара, и ко всем фотоприемникам относится один иемодулированный общий источник света.. Целью изобретения является устра-. нение недостатков уровня техники и уменьшение технических затрат для измерительных фотоэлектрических систем высокой разрешающей способ5

В основу изобретения поставлена задача создания устройства для выборки и интерполяции на несущей частоте для измернтельнь.л систем, которое должно обладать большим интерполяционным множителем.

Согласно изобретению эта задача в устройстве для выборки и интер поляции на несущей частоте информации о пути и угле поворота объекта, состоящем из осветителя, расположенных последовательно по ходу светового луча подвижного растрового экрана, неподвижного растрового экрана, содержащего четыре

2О штриховых поля, сдвинутых по отношению одно к другому на четверть постоянной решетки К, и фотоэлектрической восгринимающей головки, сос- тоящей из четырех фотоприемников, блока обработки сигналов, содержащего каналы грубого и точного отсчета, решается тем, что оно снабжено управляемым блоком ортогональных: сигналов, содержащим генератор нм30 пульсов и соединенным с осветителем, а канал точного отсчета блока обработки сигналов выполнен в виде разностных операционных усилителей, включенных после фотоприемников, из35 бирательных фильтров и соединенных последовательно суммирующего усилителя, аналого-цифрового преоб- . разователя и блока оценки фазы, соединенного с генератором импульсов

4р управляемого блока ортогональных сигналов.

При этом преимуществом является то, что осветитель вилючает в себя не менее двух модулируемах свето45 диодов

Изобретение создает возможность получения высокой разрешающей способности на основе большого интерполяционного множителя (>100) и, тем самым, разбиения грубого интервала.

Исключением промежуточной оптики между растровым экраном и измерительной головкой, а также незначительными схемными затратами. Получаетсяпростая конструкция устройства.

На чертеже представлен пример схемиого решения устройства.

Устройство для выборки и интерполяции на несущей частоте представ60 ляет собой фотоэлектри:".скую измерительную систему высокой разрешающей способности и состоит из осветителя 1, подвижного растрового экрана 2 и фотоэлектрической воспринимаю

65 щей головки 3. За воспринимающей го1065687 ловкой 3 установлен блок обработки сигналов. Осветитель 1 состоит из двух светодиодов 3 и 4 для освещения растрового экрана 2, .которые управляются снимаемыми с управляемого блока ортогональных сигналов (с 5 генератором 5) сигналами sin о» t u т

cos <и t.

Здесь ыт - круговая частота сиг налат шя — круговая частота сигнала о пути или угле поворота объекта.

За четырьмя сдвинутыми по отношению одно к другому на четверть постоянной решетки К растрового экрана 2 штриховыми полями неподвижного растрового экрана 6 размещены четыре Фотоприемника 7-10, за кото; рыми включены образующие разностный сигнал операционные усилители 11 и 12 и избирательные фильтры 13 и 14 для образования амплитудно-модулированных сигналов з1пштй cosEU t H залпов coswTt

Суммирующйй усилитель 15 предназначен для образования суммарной функции sin(ыт+ Q t. для получения сигнала информации о пути и угле поворота объекта, пропорционального абсолютному значению Фазы, путем сравнения преобразованной в цифро- 30 вую форму суммарной функции sin x х(к» + + t с Функцией несущей sin мй эа суммирующим усилителем 15 включается аналого-цифровой преобразо,ватель 16 и цифровой блок 17 оцен- 35 ки фазы.

Устройство работает следующим ,образом.

Четыре фотоприемника 7-10, установленные соответственно за четырьмя сдвинутыми по отношению одно к другому íà K/4 штриховыми полями подвижного растрового экрана 6, получают сигналы информации о пути и угле поворота.

При этом фотоприемники 7 и 8 освещаются светодиодом 3, а фотоприемники 9 и 10 - светодиодом 4; .

От высокочастотного генератора 5, частота Ю которого выбирается соответственно разрешающей способности для измеряемой величины в канале точного отсчета, через цифровые делители 18 и 19 частоты и через Фильтры 20 и 21 образуются сигналы

since и coi t, по которым управля- 55 ются светодиоды 3 и 4. Фотоприемники 7»10 вырабатывают переменные.фо-— тотоки, которые определяются наложением высокочастотного светового сигнала осветителя 1 соответствую- 60 щей частоты и низкочастотной составляющей соответствующей частоты: которая является результатом движения растрового экрана 2 по от» ношению к растровому экрану 6. . 65

Между штриховыми полями, лежащими напротив. фотоприемников 7 и 8 и штриховыми полями, лежащими напротив фотоприемников 9 н 10 имеет-. ся геометрическое смещение на шаг растра, равное К/2. Поэтому это сме-. щение между фотоприемниками 7,9 и 8, 10 составляет К/4.

В каждом из этих фотоприемников возникает нелинейный искаженный сигнал,состоящий иэ постоянной составляющей (составляющих несущей и низкой частоты), а также из их выс- ших гармоник и произЬедения sin& t, icos»»» t. или sine>t cos»дт.t. После отстройки сигналов фотопрйемников 7 и 10 и сигнала постоянной составляющей посредством последующего образования сигналов пар фотоприемников 7 и 8 или 9 и 10 в операционных усилителях 11 и 12 и избирательной фильтрации в избирательных фильтрах 1.3 и 14 выделяются амплитудно» модулированные функции sin + соем»з илн $1п ш Ф. cos oTt °

Эти два амплитудно-модулированных »игнала подаются на суммирующий усилитель 15. где и образуется суммарная функция sin (+ ы ) t.

Член 9=-ñî t пропорционален пути, 8 пройденному растровым экраном 2. В аналого-цифровом преобразователе 16 суммарный сигнал преобразуется в цифровую форму и в блоке 17 оценки фазы сравнивается с преобразованным . в цифровую форму сигналом sine>t, а в счетчике 22 рассчитывается в цифровой форме фазовое пространство согласно требуемой разрушакщей способ ности

Получение точных величин в течение одного интерполяционного периода прои водится в канале точного отсчета посредством цифрового измерения абсолютной величины фазы.

Каждому мгновенному значению фУнкции пути sin >t или cosw t соответствует определенное значение фазы, которое воспроизводимо независимо от помех в течение интерполяционного периода.

Грубые величины (интерполяционные периоды) в соответствии с sin»»»» t или созщ t получаются в блоке 23 иэ смеси частот наложенных сигналов посредством фильтрации или .демодуляции и после обработки и преобразования в цифровую форму в канаде грубого отсчета подаются в счетчик 22 для связи с точными величинами.

Можно предусмотреть также в ос-. ветителе 1 четыре модулированных светодиода, причем по два из этих светодиодов модулируются одинаковыми сигналами s in t или. cos e„t °

Кроме того, можно раэместйть напротив фотоприемников 7-10 растровый экран.с постоянной К и разме10б5687

Составитель Е.Глазкова

Техред C. Мигунова Корректор Л.Патай

Редактор Р.Цицика

Эаказ 11028/41 Тирам 593 Подписное

ВНИИПИ Государственньго комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ултород, ул. Проектная, 4 стить его со сдвигом K/4 по отношению к растровому экрану 2 для получения в воспринимающей головке четырех сдвинутых на 90 сигналов, причем К представляет собой постоянную решетки растрового экрана 2.