Преобразователь перемещения в код
DIGITAL DISPLACEMENT TRANSDUCER

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системе контроля энергонасыщенных объектов.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь перемещения в код [Гречишников В.М., Конюхов Н.Е. Оптоэлектронные цифровые датчики перемещения со встроенными волоконно-оптическими линиями связи. М.: Энергоатомиздат, 1992. 160 с. (стр. 140-141)], содержащий группу фотоприемников, группу нормирующих усилителей, группу компараторов, группу элементов И, аналоговый коммутатор, элемент И, элемент НЕ.
Недостатком данного устройства является высокая погрешность устройства за счет существенной нелинейности формируемых сигналов, вызванной влиянием дифракции и инструментальной погрешности.
В изобретении решается задача уменьшения погрешности устройства за счет повышения линейности формируемых сигналов, увеличения их амплитуды и соотношения сигнал/шум.
m
Данная задача решается за счет того, что в известном преобразователе перемещения в код, содержащем группу из трех фотоприемников, группу из трех нормирующих усилителей, группу компараторов, аналоговый коммутатор, причем выход соответствующего фотоприемника соединен последовательно с входом соответствующего нормирующего усилителя, согластно изобретению в группе компараторов введено дополнительно три компаратора, причем общее число компараторов равно шести, причем выходы нормирующих усилителей соединены попарно с входами соответствующих компараторов, введен дешифратор, усилитель, АЦП, микроконтроллер, причем выходы компараторов соединены с входами дешифратора, выход дешифратора соединен с управляющим входом аналогового коммутатора, информационные входы которого соединены с выходами нормирующих усилителей, причем первый и четвертый информационные входы аналогового коммутатора соединены с выходом первого нормирующего усилителя, второй и пятый - с входом второго нормирующего усилителя, третий и шестой - с входом третьего нормирующего усилителя, выход аналогового коммутатора соединен с информационным входом усилителя, на управляющий вход которого поступает опорное напряжение - U, равное  амплитуды сигнала (см. фиг. 3а), выход усилителя соединен с входом АЦП, входящего в состав микроконтроллера, выход дешифратора также соединен с входом микроконтроллера.
На фиг. 1 показана функциональная схема преобразователя перемещения в код; на фиг. 2 представлено взаимное расположение кодовой дорожки и фотоприемников; на фиг. 3 изображены диаграммы, иллюстрирующие работу преобразователя перемещения в код.
m.
В состав преобразователя перемещения в код входит группа из трех фотоприемников, формирующих трехфазную систему сигналов, группа из трех нормирующих усилителей, группа из шести компараторов, дешифратор, аналоговый коммутатор, усилитель, АЦП, микроконтроллер. Причем выходы соответствующих фотоприемников 1-3 соединены последовательно с входом соответствующих нормирующих усилителей 4-6. Выходы нормирующих усилителей 4-6 соединены попарно с соответствующими входами компараторов 7-12, причем выходы нормирующих усилителей 4, 5 соединены с соответствующими входами компараторов 7, 8; выходы нормирующих усилителей 5 и 6 соединены с соответствующими входами компараторов 9, 10; выходы нормирующих усилителей 4 и 6 соединены с соответствующими входами компараторов 11, 12. Выходы компараторов 7-12 соединены с входами дешифратора 13. Выход дешифратора 13 соединен с управляющим входом аналогового коммутатора 14, шесть информационных входов которого соединены с выходами нормирующих усилителей 4-6, причем первый и третий информационные входы соединены с выходами нормирующего усилителя 4, второй и четвертый - с выходами нормирующего усилителя 5, третий и пятый - с выходами нормирующего усилителя 6. Выход аналогового коммутатора соединен с информационным входом усилителя 15, на управляющий вход которого поступает напряжение -U Выход усилителя соединен с входом АЦП 16, входящего в состав микроконтроллера 17. Выход дешифратора 13 также соединен с входом микроконтроллера 17.
Преобразователь перемещения в код работает следующим образом.
1
3
1…
6
i
k
k
При движении кодовой дорожки 18 влево из положения, показанного на фиг. 2, на входы фотоприемников 1-3 поступают сигналы, сдвинутые в пространственной фазе на 120°. Далее, после преобразования в нормирующих усилителях 4-6, сигналы u…u (см. фиг. 3, диаграмма а) попарно подаются на входы шести компараторов 7-12, где происходит их взаимное сравнение. Выходные сигналы, логические компараторы UU, представляют собой единичный позиционный код (ЕПК) (см. фиг. 3, диаграммы б-ж), представляющий собой совокупность n-1 нуля и одной единицы, вес которой определяется ее позицией в записи кодовой комбинации. ЕПК поступает на входы дешифратора 13, где преобразуются в трехразрядный двоичный код {а} номера участка суммарного сигнала к (k=1…6) (см. фиг. 3, диаграммы з-к). Трехразрядный двоичный код определяет значение десятичного кода N номера участка суммарного сигнала
и управляет работой аналогового коммутатора 14 в соответствие с таблицей 1.
Аналоговый коммутатор 14 выделяет из выходных сигналов нормирующих усилителей 4-6 внутренние, наиболее линейные, участки, совокупность которых представляет собой вспомогательный сигнал
1…
6
Σ
1
2
3
поскольку на каждом участке только один из сигналов UU принимает значение единицы, то суммарный сигнал U на каждом из участков будет определяться возрастающим или убывающим значением одного из сигналов u(x), u(x), u(x), изменяющихся в диапазоне T/6.
m
С помощью усилителя 15 вспомогательный сигнал смещается относительно оси абсцисс на величину -U (см. фиг. 3, диаграмма л)
и затем поступает на вход АЦП 16, входящего в состав микроконтроллера 17, где происходит формирование выходного сигнала в соответствии с нижеследующей формулой (см. фиг. 3, диаграмма м):
1
6
m
1
u3
1
2
3
где N…N- код номера участка суммарного сигнала, N - код амплитуды суммарного сигнала, Nu(x)…N(x) - текущий код напряжения на соответствующем участке преобразования. Как видно из фиг. 3 (диаграмма м), в результате выполнения вышеописанного математического алгоритма удалось в два раза увеличить амплитуду результирующего сигнала по сравнению с исходными сигналами u(x), u(x), u(x) (см. фиг. 3 а), и, следовательно, отношение сигнал/шум, а также повысить линейность результирующего сигнала за счет использования наиболее линейных участков исходной трехфазной системы аналоговых сигналов.