Рис.4 23. ВМХ курсора на интервале «о - «i

ШИНЫ Х 2 В момент t-2 приводит к появлению индуцированных сигналов, амплитуда которых уменьшается от смещения центра курсора от левого конца интервала к правому (кривая 2, рис. 4.22, б). Кривая t-i дает зависимость амплитуды считанных сигналов от положения курсора для моментов времени t-2, когда возбуждается левая шина от рассматриваемого интервала x-i. В момент t„ возбуждается шина Хд, а в момент ti - шина Xi- Кривая находится в области положительных сигналов, а кривая - в области отрицательных сигналов. Возбуждение следующих шин индуцирует сигналы, амплитуды которых отображаются кривыми и 4. Более удаленные от курсора шины практически не имеют с ним индуктивной связи.

Из хар

, ктеристик, представленных на рис. 4.22, б, легко получить эпюры сигналов в зависимости от времени. Эпюры (рис. 4.23) построены соответственно для положения курсора ь начале, в середине и в конце интервала - х. Из рис. 4.23 Рис. 4.24. Метод с> виден наиболее широко распрос- х центра курсора траненный временный метод измерения координаты [37]. Положению центра курсора ставится в соответствие временной интервал от начала возбуждения первой шины рабочего поля до момента изменения полярности считанного сигнала. Полученный таким образом временной интервал подвергается дискретизации.

Очевидным недостатком указанного метода является неоднозначность кодирования одних и тех же точек рабочего поля в зависимости от толщины носителя информации. Изменение толщины носителя информации влияет на амплитуду считанных сигналов, а следовательно, и на момент изменения их полярности с учетом конечной величины постоянной интегрирования выходных сигналов. Включенный на выходе курсора фильтр нижних частот используется не только для получения огибающей амплитуды сигналов, но и служит для подавления флуктуационных шумов. Однако данный метод нуждается в значительном усложнении [37], если ставится задача достижения разрешающей способности на уровне 25 мкм.

Ниже излагается метод обработки выходных сигналов курсора без указанных выше недостатков. Задача определения цифрового кода координаты решается в два этапа. На первом ищутся номера шин Хд, Xl, между которыми расположен центр курсора, а на втором, пользуясь ВМХ, находят расстояние х от центра до шины Хо (рис. 4.24).

Для решения первой части задачи используется факт изменения полярности считанного сигнала, когда курсор находится на рассматриваемом интервале и возбуждается шина Хо. а затем Х. С этой целью координатные шины устройства возбуждаются последовательно одп-ночными импульсами от коммутатора тока, на входе которого включен счетчик номеров шин. Выход курсора через широкополосный усилитель включен на один вход импульсного компаратора, а на другой ее вход Подан постоянный положительный уровень U„, величина которого превышает уровень помех на интервале времени, когда выбираются удаленные от курсора шины. Уровень U„ обеспечивает на этом интервале переключение в «О» импульсного компаратора. Переключение компаратора в «1» произойдет на интервале х - х, на котором расположен центр курсора, или на интервале Xi - х, если курсор находится в конце интервала х - х между точками х и Xi, где отрицательный сигнал ев меньше U„. Сигнал переключения в «1» прекращаег поступление импульсов на счетчик шин.

Неопределенность интервала ликвидируется с помощью следующей процедуры. Счетчик шин устанавливается в состояние i - 2, где

- состояние счетчика в момент переключения ИК в «I». На входе компаратора устанавливается == О, а сигнал запрета входных импульсов на счетчик берется не с выхода ИК, а с выхода импульсного фильтра. Счетчиком шин выбирается шина Х , или Хд, в которую поступает п возбуждающих импульсов, необходимых для срабатывания импульсного фильтра. В результате возбуждения первой шины с выхода фильтра будет получен сигнал «О». Переключение фильтра в состояние «1» произойдет либо при возбуждении Х, либо Х. Номер шины, па которой произошло переключение фильтра, соответствует номеру шины в конце искомого интервала. Поэтому счетчик номера шин устанавливается в предыдущее состояние, которое также заносится в старшие разряды регистра кода координаты х.

Положение курсора внутри найденного интервала находим с помощью аналого-цифрового преобразования импульсных сигналов и е, которые индуцируются в съемном витке курсора при возбуждении тнин на концах интервала, и обработки результатов измерения по интерполяционной формуле

(4.45)

1де «д - число уровней квантования расстояния между двумя соседними шинами; rii, - число у1увней квантования соответственно положительного и отрицательного сигналов.

Использование формулы (4.45) для определения координат устраняет зависимость точности кодирования от толщины носителя информации.

Таким образом, предложенный метод обеспечивает прямое преобразование координаты в код, причем выполняется принцип минимума физических преобразований информационного сигнала: 5 (/) ->- в (О Реализация этого принципа позволила осуществить

двухотсчетное преобразование. В качестве шкалы грубого отсчета используется координатная сетка, а точный отсчет выполняется по амплитуде сигналов двух соседних шин. Примечателен тот факт, что поскольку шаг квантования непосредственно не входит в формулу (4.45), то его стабильность не влияет на погрешность измерения. Имеет значение лишь его постоянство на интервале времени получения отсчетных величин и п.

Зависимость разрешающей способности от числа разрядов в счетчике дискретного импульсного фильтра Лф для кругового съемника диаметром 10 мм при токе возбуждения 45 мА и фронте 10 не показана на рис. 4.25, а его ВМХ - на рис. 4.26. Без применения импульсного фильтра достижима минимальная разрешающая способность около 150 мкм. По ВМХ (см. рис. 4.26) это соответствует входному напряжению 120 мкВ. Импульсный фильтр, содержащий 12 разрядов, позволяет не менее чем в 20 раз увеличить чувствительность устройства. Естественно, повышение чувствительности сопровождается увеличением времени кодирования. Если принять частоту опроса координатных шин 5 МГц, то время получения отсчетов положительного и отрицательного сигналов при чувсгвительносги на уровне 10 мкм рав-

Рис. 4.25. Зависимость разрешающей способности от длины импульсного фильтра

Рис. 4 26. ВМХ курсора

НО 13 МС, что вполне приемлемо при ручном съеме координат. Перестройкой длины фильтра легко достичь оптимальное соотношение между быстродействием и требуемой чувствительностью.

Полученные в результате аналого-цифрового преобразования амплитуды сигналов от левой и правой координатных линий по отношению к центру курсора используются для определения цифрового кода по формуле (4.45). Формальные расчеты можно выполнить с помощью микропроцессора при наличии микропрограммной постоянной памяти или программируемой логической матрицы. И в том и другом случае требуется заказная БИС для выпуска устройств крупной серией. На этапе мелкосерийного производства, где основной технологической задачей является получение рабочего поля устройства требуемого формата, целесообразно реализовать формульный вычислитель, не требующий больших капитальных затрат. Предпосылкой для упрощения служит возможность использования последовательных операций деления и умножения, согласованных по времени с задержкой на аналого-цифровое преобразование последующей пары сигналов и е.

функциональная схемаспециализированного вычислителя по формуле (4.45) показана на рис. 4.27. С выходного регистра АЦП коды сигналов и передаются в регистры / и 2 для хранения на время вычисления соответственно % и п. Выходы регистров соединены со входами комбинационного сумматора 3. Генератор тактовых импульсов 4 запускает счетчики 6 и 7, первый из которых имеет коэффициент пересчета пд, а второй является обычным 8-разрядным двоичным счетчиком. Выход счетчика 6 соединен с двоичным счетчиком 8. Между счетчиком 7 и сумматором 3, счетчиком 8 и регистром J включены схемы сравнения 9 и 10, причем выход первой из них включен на вход счетчика , а второй соединен со входом занесения в выходной регистр о кода счетчика 11. Выход схемы сравнения 10 используется также для

Рис. 4 27. Функциональная с

а формул!

) вычислителя

установки в «О» счетчиков 8 и 2/ и запрета поступления импульсов о выхода генератора тактовых импульсов после подачи импульса за пуска 11з, а выход схемы сравнения 9 - для установки в «О» счет-чика 7.

Работа схемы начинается с занесения и Па в регистры / и 2 и полу чения суммы переменных на выходе .румматора 3. После этого им пульсом запуска включается генератор тактовых импульсов с частотой 10 МГц, от которого заполняются счетчики 6 и 7. Так как выход схемы сравнения 9 устанавливает в «О» счетчик 7, когда на нем уста новится код Пг + Пз, то этот счетчик работает с переменным коэффи циеитом пересчета [1141, равным сумме слагаемых в знаменателе формулы (4.45). Количество импульсов, равное числителю в этой формуле, формируется на последовательно включенных счетчиках 6 vi8. Первый из них имеет постоянный коэффициент пересчета п\ = 249 для получения величины Дд: в десятки микрон. Произведение паП на двух счетчиках 6 и 8 фиксируется благодаря схеме сравнения 10, связанной с регистром Пг, выход которой прекращает поступление импульсов от генератора.

Очевидно, что время числовой обработки с помощью предложенной схемы зависит от вычисляемой величины. Оно максимальное при максимальном nj. Если пренебречь временем пересылки в регистры / и 2, то оно равно времени заполнения счетчиков 5 и 8 до величины Пд • 2®, что при частоте поступления импульсов 10 МГц равно 6,5 мс. Таким образом, время расчета оказывается меньше времени аналого-цифрового преобразования импульсного сигнала. Поэтому цифровая обработка не влияет на частоту выдачи кодов устройством, поскольку вычисления производятся одновременно с работой АЦП.

Как следует из рис. 4.27, формульный вычислитель построен на принципе параллельной работы двух идентичных цепей блоков, содержащих счетчики с переменным коэффициентом пересчета. Поскольку обе цепи последовательно соединенных счетчиков 6, 8 н7, 11 одновременно устанавливаются в нуль и накапливают импульсы синхронно в

связи с тем, что они подключены к одному генератору, то в любой момент времени выполняется равенство

"д./ -f гад«1 = (rai + гц), + (rai + га) п,, (4.46)

где n,t - текущее показание счетчика 6; («1 + «я)< - текущее показание счетчика 7.

Окончание счета импульсов происходит в момент накопления на счетчике 8 импульсов. В этот момент гад* = О, а (rai -Ь n)t представляет собой остаток деления. В начале интервала при = 1 и ni -f + По > "л имеем лд,? = О, (п -f Лг)* = лд после заполнения счетчика 6, а /7; == О, т. е. результат {п -\- щ), теряется, а л, имеет ошибочное значение. Для устранения появления ошибки вычисления в начале интервала преобразования выбиракэт Пд > л Ч- п. В этом случае сигнал «1» со схемы 9 на счетчик 11 поступит раньше, чем сработает схема сравнения 10. Поэтому ее выходной сигнал осуществит пересылку «1» иа счетчика 11 в выходной регистр 12 при остатке деления (п + + = гад - (rai -- raj,), который мал по сравнению с делителем Л1 -f rag. В конце интервала х, = о, в момент срабатывания схемы сравнения 10 согласно формуле (4.46) не только лд.* = О, но и (raj -f + = О, а л, = Лд, т. е. двоичный код л, при Дл: == 10 мкм равен двоичному числу 249.

Рассмотрим вопрос о выборе режимов съема информации с помощью курсора, различающиеся эргономически (действиями оператора), характером кодируемой информации, погрешностью представления координат, определяемой разрешающей способностью, числом точек на единицу длины кодируемой кривой:

1) режим поточечного кодирования предусматривает определение с максимально возможной точностью выбранных точек изображения, действия оператора состоят в совмещении центра курсора с кодируемой точкой и нажатием кнопки иа курсоре;

2) режим кодирования непрерывной кривой с заданием кодируемых точек по времени с помощью таймера;

3) режим кодирования непрерывной крнюй с заданием кодируемых точек расстоянием вследствие изменения шага дискретизации рабочего поля.

Первые два режима различаются только способом запуска генератора тактовых импульсов 4 насхеме (см. рис. 4.27). Координаты определяются с разрешением Ал: = 10 мкм (лд = 249). Частота вапуска не должна превышать 50 Гц. Характерной особенностью указанных двух режимов является отсутствие зон нечувствительности на рабочем поле. Это выражается в том, что каждому положению курсора в заданный момент времени устройство ставит в соответствие пару координат хиу.

В третьем режиме нет необходимости инициировать со стороны оператора кодирование точек отслеживаемой кривой. Этот режим аналогичен работе с карандашом в режиме рисования. Он обеспечивает изменение кода координаты каждый раз, когда центр курсора пересекает условную координатную сетку, которая имеет шаг, кратный шагу координатных проводников.