4.3.1. Растровый фотоимпульсный накапливающий преобразователь углового перемещения в код последовательного счета.

Фотоимпульсный ДП (ФДП) имеет в своей основе ПП в виде растрового оптического модулятора (рисунок 16) [ ]. Как было уже сказано ранее, оптический модулятор состоит из сопряжения измерительного (кругового или линейного) и индикаторного (неподвижного) элементов, имеющих периодическую структуру штрихов, нанесенных на оптическое стекло с шагом ω, который является периодом звена и определяет начальную разрешающую способность модулятора [30]. Отношение τ₀=a/ ω (a - ширина прозрачного участка), характеризующее пропускающую способность растра, называется пропусканием растра и является его основной оптической характеристикой. Пропускание растрового сопряжения τ =Ф/Ф ₀ , где Ф ₀ - световой поток, попадающий на растр, Ф - поток, прошедший через растр. Соответствующим выбором параметров растрового сопряжения можно получить синусоидальный характер изменения пропускания для фотоприемника линейного ФДП (фотодатчика перемещения):

Для того чтобы обеспечить реверсивный счет, растровый модулятор РМ (рис. 16а), состоящий из конденсора 1, растровых решеток РР, диафрагмы Д и двух объективов 2, должен выдавать два сигнала, сдвинутых по пространственной фазе на π/2 относительно друг друга, т.е. находящихся в квадратуре. Это достигается соответствующим размещением диафрагм в растровом поле или сдвигом индикаторных растров относительно друг друга. От фотоприемников ФП1 и ФП2 синусоидальные сигналы I и II (рис.16, б), сдвинутые по пространственной фазе на π/2, поступают на формирователи Ф1 и Ф2. Каждый из формирователей имеет по два выхода. С одного выхода формирователя снимается прямоугольное напряжение с той же фазой, что и входной синусоидальный сигнал, а с другого выхода снимается инвертированный сигнал. В результате имеем четыре прямоугольных напряжения А, В и А', Б', три из которых сдвинуты относительно каждого предыдущего на π/2 по пространственной фазе. Выходные сигнал А и А подаются на дифференцирующие цепи ДЦ1 и ДЦ2. Продифференцированные импульсы А' и А' поступают на соответствующие входы схем совпадения И1 — И4, на вторые входы которых подаются соответствующие сигналы с выходов Ф1 и Ф2. Для показанной на схеме коммутации входов и выходов схем совпадений И1 — И4 импульсы вырабатываются на шине прямого хода и подаются на вход (+) реверсивного счетчика РС, если измерительный растр движется в прямом направлении. При движении в обратном направлении счетные импульсы являются на шине обратного хода и затем подаются на вход РС. При перемещении растра на один шаг на счетчик РС подаются два импульса, т. е. рассмотренная схема ФДП обладает разрешающей способностью, соответствующей 1/2 шага растра. Принцип действия схемы иллюстрируется временными диаграммами (рис. 16 б).

Для формирования на выходе ФДП типа BE-178 импульсной последовательности из гармонических выходных сигналов фотоприемников используются усилители-формирователи в двух аналогичных каналах схемы (рис. 17)

Схема формирования импульсов содержит три канала, каждый из которых содержит входной операционный усилитель У1-УЗ, формирователь Ф1-ФЗ, выходной каскад усиления ВУ1-ВУЗ.
Сигналы с фотодиодов ФД1-ФДЗ усиливаются входными усилителями, построенными на операционном усилителе К553УД1А.
На входы усилителей подаются также сигналы от опорных фотодиодов ФД01 и ФД02 для компенсации постоянной составляющей сигнала вследствие изменения светового потока лампочки. Затем синусоидальные сигналы, сдвинутые по фазе на π/2, а также сигнал отсчета, получаемый от фотодиода ФДЗ, подаются на входы формирователей, где преобразуются в прямоугольные импульсы, амплитуда и форма которых не зависят от изменения амплитуды синусоиды в определенных пределах. Каждому периоду синусоидального сигнала соответствует один период выходного прямоугольного сигнала.
Формирователем импульсов служит компаратор, собранный на базе интегральной микросхемы К553УД1А.
Для получения прямых и инвертированных сигналов каждого канала необходимой мощности, последние с компараторов поступают на выходные каскады усиления, выполненные на транзисторах КТ315Б.
Использование в электронной части ДП двух каналов для параллельного преобразования выходных сигналов двух групп фотоприемников, сдвинутых в пространстве друг относительно друга на π/2, дает возможность выполнить два требования, предъявляемые к датчикам перемещения в системах ОС приводов АО:
- получить сигнал, несущий информацию о направлении перемещения (в случаях реверса);
- увеличить разрешающую способность ДП по сравнению с оптическим модулятором.
Для реализации этих задач в ФДП используют специальные логические схемы. Если ограничиться лишь возможностями оптического модулятора, можно получить последовательность импульсов, которые подсчитывает реверсивный двоичный счетчик, причем каждый импульс соответствует перемещению измерительного растра на один шаг ω.
На рис. 18 представлена схема отсчетной части серийного ДП, позволяющая получить разрешающую способность, равную 1/4 шага растра, и диаграмма последовательной обработки сигналов И1 и И2 первичного фотопреобразователя.
Входными для отсчетной части являются выходные импульсы формирователей в двух каналах датчика (рис. 17), три из которых сдвинуты относительно каждого предыдущего на π/2 рад. Эти сигналы служат для управления блоком реверса счетчика полос.
Для формирования импульсов сложения используются четыре схемы совпадения И1-И4. Для формирования импульсов вычитания служат схемы совпадения И5-И8, с выхода которых импульсы поступают на схему ИЛИ2. Все схемы совпадения имеют один потенциальный и один импульсный входы. На потенциальные входы схем И подаются прямоугольные напряжения , а на импульсные входы-импульсы, полученные дифференцированием фронтов прямоугольных сигналов дифференцирующими цепочками Д1-Д8. Из диаграммы видно, что при движении измерительной растровой решетки в направлении (+Х) на реверсивный счетчик РДС поступят сигналы сложения:

При движении измерительной растровой решетки в обратном направлении (-X) на реверсивный счетчик РДС поступают сигналы вычитания:

При перемещении измерительной решетки на один шаг на счетчик подаются четыре импульса, т.е. данное накапливающее устройство обладает разрешающей способностью, соответствующей 1/4 шага растра. Путем некоторого усложнения блока выработки счетных импульсов можно получить восемь импульсов на один шаг растра.

Такие растровые накапливающие преобразователи, где при перемещении измерительной решетки на один шаг на счетчик подаются 4-20 импульсов, обладают разрешающей способностью 1/4 - 1/20 шага растра, что соответствует 2мкм при использовании растров 8 мкм.