Рис. 4 10. ВМХ нониусного отсчета.

которая находится между осями модулирующих элементов и 21 (рис. 4.10).

Возбуждение считывающего элемента дает выходной сигнал ei, а элемента 21 - е. Выполним с помощью АЦП квантование этих сигналов по некоторому произвольном шагу Ае, в результате чего получим ei = п,Де и =ЛаДе. Расстояние X, в дискретном выражении находим ио формуле

. (4.24)

хе пд - количество уровней квантования интервала KJps. Максимальная величина

(4.25)

где Ах - разрешающая способность КЭ, зависящая от длины импульсного фильтра; а - коэффициент, учитывающий изменение крутизны ВМХ.

Уровень квантования Ае определяется ив соотношения

= алд.

(4.2(

Поскольку а > 1, то rti + «г > Ид.

В формулу (4.24) не входит уровень квантования Ае напряжений е„ е. В связи с этим упрощается техническая реализация АЦП, так как отпадает необходимость в его калибровке и обеспечении стабильности шага квантования в процессе эксплуатации. Таким образом, упрощение АЦП получено за счет обработки уровней считанных сигналов по интерполяционной формуле (4.24), использующей только отношение уровней сигналов от двух соседних СЭ, а не их абсолютные значения.

До сих пор рассматривалась работа ЦДК в режиме прямого считывания, для которого характерны отказ от использования априорной информации о направлении перемещения, а также игнорирование информации, полученной в предадущих циклах измерения. Указанные ограничения имеют то последствие, что, располагая только матрицей КЭ, удается установить значение перемещения лишь в пределах К,

а для расширения диапазона измерений при высокой разрешающей способности следует воспользоваться также шкалой ГО с шагом к. В этом случае необходимо решить вопрос согласования информации! считанной с разных шкал многоотсчетных ЦДК.

4.4. Согласование шкал многоотсчетных координатных датчиков

Наибольшими надежностью и быстродействием обладают преобразователи перемещения, работа которых основана на принципе непосредственного считывания кодовой последовательности, соответствующей определенному квантованному уровню. Такие преобразователи содержат в своем составе многоразрядную кодовую шкалу и считывающие элементы в каждом разряде, которые устанавливаются в состояния, в соответствии с кодом шкалы вдоль линии считывания. Кодовая шкала позволяет каждому квантованному уровню поставить в соответствие вполне определенную двоичную последовательность.

Обычно применяются шкалы с двоичной кодовой шкалой. Несмотря на чрезвычайно жесткие требования к точности изготовления шкал и расположению считывающих элементов, кодовые шкалы и считывающие элементы изготавливаются с определенными допусками. Поэтому переход от одного двоичного кода к соседнему считывающие элементы различных разрядов фиксируют неодновременно, что вызывает ошибки считывания. При смене цифр только в одном разряде величина ошибки находится в пределах этого разряда. В случае же, когда происходит смена цифр в большом количестве разрядов, величина ошибки может оказаться значительно больше-цены деления младшего разряда и достичь значения, соизмеримого с максимальным значением преобразуемого параметра. Для устранения ошибок считывания, возникающих на границах участков квантования, применяются различные методы: ограничивают зоны считывания, применяют код Баркера (логический выбор считывающих элементов), кодовую шкалу изготавливают в виде кода Грея, в котором коды двух соседних чисел отличаются значением только в одном разряде [72].

Для измерения больших величин перемещений с повышенной точностью строят многоотсчетные преобразователи. При их построении возникает проблема согласования показаний грубого и точного отсчетов. На границе изменения значения младшего разряда грубого отсчета мохсет произойти ошибка измерения, равная весу этого разряда. Поэтому по значению показаний точного отсчета корректируются показания грубого отсчета. Показание точного отсчета считается истинным.

Существует множество методов согласования значений разных отсчетов. Один из них, описанный в [861, использует согл.с/ющий разряд в грубом отсчете. «Вес» его равен «весу» старшего разряда точного отсчета. Ошибка рассогласования разрядов грубого и точного отсчетов в этом случае не должна превышать /4 кванта младшего разряда грубого отсчета. По значенням двух старших разрядов точного отсчета и согласующего разряда вводится поправка в конеч-

ный результат значения грубого отсчета. Согласно поправочной таб-" лице к конечному результату приплюсовывается единица, вычитается из него или он остается без коррекции.

В другом случае фазовый импульс грубого отсчета сдвигают относительно его текун1его значения в ту или иную сторону [94]. Однако создать отрицательную временную задержку фазового импульса грубого отсчега невозможно, поэтому начальное значение фазы грубого отсчета сдвигают в сторону уменьшения.

Существуют устройства, для согласования отсчетов в которых используется метод двойной ли1ши считывания, предусматривающий рассогласование между грубым и точным отсчетами, не превышакадими

части младшего разряда грубого отсчета [951. В состав такого устройства входят два одинаковых канала грубого и точного отсчетов, состоящие из датчиков перемещений, реверсивных счетчиков, фазовых синхронизаторов, схем сравнения кодов, двоичного счетчика и генератора импульсов. Еще один принцип основан на временной задержке фазового импульса грубого отсчета, определяемой состоянием двух старших разрядов точного отсчета [96].

Известен метод использования трех линий считывания в грубом отсчете для согласования шкал. При этом по состоянию средней линии считывания определяется, с какой стороны от линии смены кода находится считывающий элемент. Если все три элемента считывают одинаковый код, то в выходной регистр код грубого отсчета заносится без коррекции. Если крайние считывающие элементы считывают противоположную информацию, то в зависимости от состояния среднего элемента и точной шкалы к коду, считанному средним элементом, прибавляется единица, вычитается из него или он остается без коррекции.

Но при таком методе возможна ошибка, если разрешающая способность элемента грубого отсчета ниже аазрешающей способности считывающего элемента точного отсчета. Если средний считывающий элемент расположен на границе смены кодов грубого отсчета, то ое может считывать противоположную информацию при многократном опросе этого элемента. В этом случае ошибка измерения равна младшему разряду грубого отсчета. Если вносить коррекцию по значениям крайних считывающих элементов, то неизвестно, когда же средний считывающий элемент находится на линии смены кодов, а когда нет, т. е. коррекцию результата необходимо вносить всегда, когда значения крайних считывающих элементов противоположны. Таким образом, тройная линия считывания вырождается в двойную.

Во всех описанных методах по значению точного отсчета корректируется окончательный результат грубого отсчета (к результату прибавляется единица, вычитается из него или результат остается без коррекции). Поэтому в грубом отсчете во всех случаях необходимо предусматривать защиту от неоднозначности считывания кода, т. е. применять код Грея, К-код, использовать согласующий разряд и др.

В датчиках линейных и угловых координат на микрополосковых элементах используются три отсчета. В грубом отсчеге применяется шкала позиционного двоичного кода, промежуточный отсчет выполняется в виде нониусной шкалы, и точный отсчет использует преобра-

зование перемещения в код через амплитуду считанного сигнала. Промежуточный и точный отсчеты имеют одинаковую разрешающую способность, используют одну позиционную кодовую шкалу. Преобразование перемещения промежуточным и точным отсчетами производится следующим образом. Определяются номера считывающих элементов нониусной шкалы, где считанный сигнал изменяет знак. Номер считывающего элемента, после которого считанный сигнал изменяет полярность, определяет Показание промежуточного отсчета, а амплитуда сигналов при возбуждении ближайших слева и справа от кодируемой точки считывающих элементов определяет показание точного отсчета. При такой организации промежуточного и точного отсчетов согласование их показаний не требуется.

В грубом и точном отсчетах используются различные позиционные кодовые шкалы. Неточность их изготовления и совмещения , может привести к погрешности измерения. Поэтому необходимо согласование их показагшй. Задача согласования шкал сводится к .методу, при котором каждому интервалу Я, шкалы точного отсчета ставится в соответствие только один уровень дискретизации ДХ шкалы грубого отсчета. Такой метод согласования шкал состоит в объединении шкал грубого и точного отсчетов на одной линейке (или жестко связанных двух линейках) и образовании двойной линии считывания Л и S грубой шкалы, совмещенной с линией считывания С первого МКЭ точной шкалы. Линии считывания всех разрядов грубой шкалы А vi В расположены на расстоянии Я,/2. Модулирующие элементы точной шкалы имеют шаг "к = Алгр, а их осевые линии с точностью ±0,25Я совпадают с границами кодовых интервалов грубой шкалы. Матрица считывающих.элементов точной шкалы занимает интервал X, причем линия считывания с первого считывающего элемента находится между линиями считывания Л и i5 грубой шкалы на одинаковом расстоянии от этих линий считывания. Жестко зафиксированные по отношению друг к другу грубая и точная шкалы перемещаются относительно жестко соединенных считывающих элементов матрицы точного отсчета и линий считывания Л и В грубого отсчета.

Корректировка считанной информации шкалы грубого отсчета производится в каждом разряде. Применение поразрядной корректировки считанного кода позволяет построить шкалу грубого отсчета в двоичном коде, исключив схемы защиты от неоднозначности считывания.

Рассмотрим принцип согласования шкал на примере одного разряда грубого отсчета. В положении, показанном на рис. 4.П, считанному коду с матрицы точного отсчета соответствуют два различных кода, считанных линиями Л и S. Это условие будет выполняться для всех разрядов грубой шкалы, если допуск на сопряжение не превышает ±0,25?;,. Один из двух кодов выбирается по следующему правилу. Если осевая линия модулирующего элемента точного отсчета проходит через считывающие элементы в первой половине матрицы, а коды К& и Кв грубой шкалы различны, то принимается код Кв. Если осевая линия модулирующего элемента точного отсчета проходит во второй половине матрицы то при различных кодах Ка и Кв грубой шкалы принимается код Ка. Независимо от положения осевой линии модулирующего

элемента точного отсчета при равенстве кодов Ка и Кв грубой шкалы принимается один из них, т. е. при различных /Сд и Кв грубой шкалы значение одного из них согласуется с показанием старшего разряда точной шкалы. Принимается код Ка> если показание старшего разряда точного отсчета равно«Ь, и код Кв, если показание старшего разряда ТО равно «О».

Поскольку показания точного отсчета считаются истинными, то переход оси модулирующего элемента через ось первого считывающего элемента матрицы точного отсчета должен вызвать изменение в младшем разряде грубого отсчета в соответствии с изменением измеряемого першещения.

Для составления логической схе{ш согласования отсчетов составим таблицу показаний считывающих элементов:

Составим логические функции показаний;

ab\j аЬ а, {аЬМЪЩсЬ, (4.27)

iab \jab)c а.

Если грубая шкала выполнена в виде позиционного кода, то по два считывающих элемента ставятся в каждый разряд кодовой шкалы и коррекцию считанного кода можно производить в каждом разряде, а ке конечный результат. При использовании цикличного кода (Грея) значения считанных кодов Ка и Кв объединяются схемой «ИЛИ» и

Рис. 4.12. Схема согласования одного разряда грубого отсчета Рис. 4.13. Схема с

выдаются для коррекции окончательного результата, или корректируются значения всех разрядов кода, и выдается считанный корректированный код Грея.

I , Разряды кода Грея не имеют постоянного веса, что затрудняет дальнейшую обработку информации, полученной в циклическом коде 1971. Поэтому его необходимо преобразовать в двоичный код для последующей обработки. Построение шкалы грубого отсчета в двоичном коде исключает операцию преобразования кодов, что ведет к сокращению затрат оборудования и повышению надежности работы преобразователя.

Для разработки схемы согласования отсчетов напишем выражение, реализуемое схемой, согласно выражению (4.27)

d = (а6 V аЬ) а\1(аЬ\1 Щ be V {аЪ V аЬ) ас. (4.28)

Минимизация полученной функции дает следующее выражение:

d==ab\l~abc\l аЪс. (4.29)>

Функция (4.29) минимальна и реализуется схемой (рис. 4.12). Для построения схемы, реализующей функцию (4.29) на стандартных элементах ТТЛ-микросхем, оптимизируем схему по затратам оборудования. Непосредственная реализация схемы (4.29) показана на рис. 4.13. Число корпусов ТТЛ-микросхем для ее построения

3 , 2

«лд)" «ли

где п - число разрядов кода шкалы грубого отсчета,* /Плн - чество схем в корпусе ЛН1; тзлр - количество схем в корпусе ЛР, реализующих функцию ЗИ-2ИЛИ-НЕ, с возможностью расширения по2«ИЛИ»; /илд -число схем в корпусе ЛД1; «ли =6; тзлр - 1;

отлд = 2; iV = 2п +

Наименьшие расходы оборудования имеет схема, построенная ка элементах «И» - «НЕ». Для ее реализации преобразуем функцию