專利名稱:鎖相步進電機控制的光調(diào)制器的制作方法
本發(fā)明涉及機械遮光器系統(tǒng)，其中電機按準確頻率驅(qū)動一個開關(guān)輪，特別介紹這種機械遮光器中的電機驅(qū)動系統(tǒng)，這種遮光器可以用于可能出現(xiàn)的自動折射系統(tǒng)。
許多科學(xué)實驗是基于被觀察系統(tǒng)對光的響應(yīng)。在這些實驗中非常需要與測量該系統(tǒng)對光的響應(yīng)相同步地用光照射被測系統(tǒng)。這種科學(xué)實驗的一個例子是人眼對光的反應(yīng)。在這個系統(tǒng)中，看到特殊場景時人的腦電波可能是低電平信號;因此，光源/電機驅(qū)動的系統(tǒng)必須有最小噪聲。此外，檢測人看到一個特殊場景的腦電波時，該特殊場景必須按低于7赫的速率變換，這樣指示看到這種變化場景的腦電波的頻率低于α波的典型低限。轉(zhuǎn)換場景的典型速率為6赫。
現(xiàn)有的技術(shù)試圖產(chǎn)生這種需要的場景轉(zhuǎn)換，而同時又能使得由電機驅(qū)動系統(tǒng)所產(chǎn)生的噪聲降到最低限度。然而，現(xiàn)有的技術(shù)受到許多因素的限制，例如，不能跟蹤外部信號，電機驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生相關(guān)噪聲等等。本發(fā)明所提供的裝置不受這些因素的限制。
本發(fā)明的基本目的是提供一種鎖相環(huán)電機控制，它的噪聲很小，并與電機運動同步，而且噪聲幅度不變。
為此，本發(fā)明的電機控制光調(diào)制器包括按照參考信號和比較信號產(chǎn)生頻率低于7赫的緩變電壓信號的裝置;一個壓控振蕩器，該振蕩器適于接收上述產(chǎn)生裝置的輸出信號并輸出按照上述電壓信號變化頻率的信號脈沖;上述信號脈沖的計數(shù)裝置，該計數(shù)裝置適于接收上述壓控振蕩器的輸出信號并對應(yīng)上述信號脈沖的數(shù)目輸出計數(shù)信號;按照上述計數(shù)信號產(chǎn)生上述比較信號的裝置;產(chǎn)生4相信號的裝置，該信號具有隨上述計數(shù)信號變化的8種狀態(tài);以及一個步進電機，該電機接收上述4相信號并按照上述4相信號驅(qū)動上述光調(diào)制器。
在本發(fā)明的最佳實施例中，一個相位比較電路用于接收參考信號和比較信號。該相位比較電路的輸出信號饋到RC低通濾波器，而該濾波器的輸出信號則送到壓控振蕩器，以產(chǎn)生一個頻率隨該RC濾波器的輸出信號變化的信號。一個二進制計數(shù)器對壓控振蕩器輸出信號的變化進行計數(shù)，并產(chǎn)生代表這個變化次數(shù)的信號。計數(shù)器電路對這個二進制計數(shù)器所產(chǎn)生的信號之一的變化進行計數(shù)，并在這些信號到達規(guī)定個數(shù)之后輸出一個與比較信號對應(yīng)的計數(shù)信號。一個存儲器電路接收該二進制計數(shù)器的輸出信號并按照這個二進制計數(shù)器的輸出信號產(chǎn)生一個8狀態(tài)葛萊碼。該存儲器電路的輸出信號驅(qū)動與步進電機相連的許多晶體管，該步進電機有4相繞組和一個安有斬光輪的驅(qū)動軸。
本發(fā)明的最佳實施例將以舉例的方式，參照附圖加以敘述，其中
圖1A-1D說明本申請人以前曾提出的幾種斬光輪驅(qū)動系統(tǒng)。
圖2是本發(fā)明提供的一種鎖相步進電機控制光調(diào)制器的最佳實例的方框圖;
圖3是圖2所示系統(tǒng)的一個最佳實例的線路圖;
圖4表示隨機只讀存儲器中的編碼。它提供了為產(chǎn)生8步、4相步進電機的驅(qū)動信號的數(shù)據(jù);
圖5為本發(fā)明所提供的鎖相步進電機控制的光調(diào)制器的一個應(yīng)用的方框圖。
參照圖1A，本申請人起初選用一個交流電機10來驅(qū)動斬光輪15。斬光輪15上可印有待轉(zhuǎn)換并由人來觀察的特殊圖案。這種交流電機的噪聲級不變，因而可以從觀察系統(tǒng)的測量結(jié)果中扣除。這樣的噪聲特性恰好符合需要。然而，這種交流電機只能在某個頻率工作，而不能跟蹤外部信號源的頻率。不能跟蹤外部信號源是一個主要的缺點，因為在測量人對圖形交換的響應(yīng)時，人的眼睛也檢測到熒光燈的閃爍，而這種閃爍的頻率是電源頻率60赫的某個倍數(shù)。因此，需要使特定圖案的轉(zhuǎn)換速率以及人對該圖案的感覺與外部信號源(例如頻率為60赫的電源)同步。這樣，就可以從測量信號中扣除頭上的熒光燈所產(chǎn)生的噪聲。
圖1B為本申請人提出的第二種提供圖形轉(zhuǎn)換速率的裝置。這第二種方法采用直流電機20，并且能改變斬光輪15轉(zhuǎn)動的頻率。和第一種方法一樣，這種方法也不能跟蹤外部信號源。這種方法還有另一個缺點，即在電機的炭刷滑過整流器的狹縫時，直流電機產(chǎn)生振幅起伏的相關(guān)噪聲。由于這種噪聲的振幅不是恒定的，因而不可能按這種噪聲校準表示人對轉(zhuǎn)換圖形響應(yīng)的腦電波測量值。
為了提供跟蹤外部信號源的能力，本申請人又提出一個如圖1C所示的另一個系統(tǒng)。這個系統(tǒng)使用一個鎖相環(huán)(PLL)來控制直流電機25，驅(qū)動斬光輪15的頻率是可變的，并且能跟蹤外部信號源。然而，這種系統(tǒng)會由于炭刷滑過整流器的狹縫而產(chǎn)生振幅起伏的相關(guān)噪聲。因此，和圖1B所示系統(tǒng)一樣，這種噪聲也不能從測得的腦電波中扣除。
為了消除這種相關(guān)噪聲，本申請人又使用了步進電機30(如圖1D所示)。這個系統(tǒng)的優(yōu)點是斬光輪15的驅(qū)動頻率可變，而且，與電機運動相關(guān)的噪聲的振幅是不變的。這樣就可以按這種噪聲對腦電波測量值進行補償。但是，這種系統(tǒng)不能跟蹤外部信號源，因而不能與外部噪聲源(例如熒光燈)同步。
本發(fā)明所提供的鎖相步進電機控制光調(diào)制器具有可變的斬光輪驅(qū)動頻率以及跟蹤外部信號源的能力。本系統(tǒng)所產(chǎn)生的噪聲的振幅不變而且很小。該噪聲與電機運動同步，同時，在測量一個用光通過斬光輪照射的系統(tǒng)時，這種噪聲可以從測量值中扣除。
圖2是本發(fā)明所提供的鎖相步進電機控制的光調(diào)制器的方框圖。在該系統(tǒng)中，相位比較器35接收參考輸入信號(在最佳實例中參考輸入信號的頻率為60赫)，并將這個信號與比較信號進行比較。該相位比較器35產(chǎn)生一個相位信號。在最佳實例中，這個相位信號的電平與參考輸入和比較信號之間的相位差相對應(yīng)。相位比較器35產(chǎn)生的相位信號送到二輸入端開關(guān)S1的一個輸入端，開關(guān)S1的另一個輸入端是手動速率輸入，它允許系統(tǒng)按照手動選擇的速率驅(qū)動斬光輪，而不是按照參考輸入信號所規(guī)定的速率去驅(qū)動。圖中，S1處于第一種位置，這對應(yīng)于系統(tǒng)為鎖相環(huán)方式工作。
低通濾波器40的輸入端接有開關(guān)S2。開關(guān)S2有開、關(guān)兩種狀態(tài)。S2處于位置1時，系統(tǒng)不驅(qū)動斬光輪，S2處于位置2時，S2的端點2上的信號(例如，相位比較器35的相位信號輸出)送到低通濾波器40。這個低通濾波器40對相位比較器35產(chǎn)生的相位信號進行濾波。因此，該低通濾波器的輸出電壓為緩變信號。
這個緩變信號控制壓控振蕩器45，而這個壓控振蕩器產(chǎn)生信號脈沖，其頻率則隨著低通濾波器40所產(chǎn)生的輸出電壓的大小而變化。在最佳實例中，當(dāng)相位比較器35檢測到參考輸入信號的相位與比較信號的相位一致時，該壓控振蕩器45的工作頻率為2.4千赫。
接在二進制計數(shù)器50輸入端的開關(guān)S3使該計數(shù)器既可以由壓控振蕩器45產(chǎn)生的信號脈沖來驅(qū)動(當(dāng)S3處于位置2時)，也可以由外接驅(qū)動器輸入信號來驅(qū)動(當(dāng)S3處于位置1時)。圖中所示為壓控振蕩器45產(chǎn)生的信號脈沖驅(qū)動二進制計數(shù)器50的情況。在最佳實例中，二進制計數(shù)器50有4個計數(shù)信號輸出端，這4個輸出對應(yīng)于信號脈沖數(shù)目的二進制表示。這個數(shù)字的最低位B0送到外接時鐘的線驅(qū)動器52。因為在參考輸入信號與比較信號之間的相位差為零時壓控振蕩器45產(chǎn)生的信號頻率為2.4千赫，所以外接時鐘的頻率為1.2千赫。同樣道理，二進制計數(shù)器50的輸出端B1的頻率為600赫。B1端的輸出饋給分頻器55的輸入端。在最佳實例中，這個分頻器電路55將二進制計數(shù)器50的B1端輸出信號十分頻。這樣，當(dāng)壓控振蕩器45的工作頻率為2.4千赫時，比較信號的頻率為60赫。這與最佳實例中的參考輸入信號的頻率一致。
由二進制計數(shù)器50產(chǎn)生的計數(shù)信號的最高三位，即B3、B2和B1，送到8狀態(tài)4相步進驅(qū)動電路60。該電路所產(chǎn)生的4相鄰號有8種狀態(tài)。這個4相信號的每一種狀態(tài)由計數(shù)信號B3、B2和B1的一種特殊狀態(tài)來確定。
圖4給出計數(shù)信號狀態(tài)與8狀態(tài)4相步進驅(qū)動電路60所產(chǎn)生的4相信號之間的對應(yīng)關(guān)系。計數(shù)信號用作驅(qū)動電路60內(nèi)存儲器的地址信號，而由8狀態(tài)4相步進驅(qū)動電路60產(chǎn)生的4相信號則與該存儲器內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)相對應(yīng)。圖4給出的這種特殊的對應(yīng)關(guān)系僅僅是舉一個例子來說明，還可以有許多其它不同的對應(yīng)關(guān)系。例如，可以用更多的存儲器位置來重復(fù)4相信號的8種狀態(tài)，并使用另一個附加的計數(shù)信號來區(qū)分第一個和第二個8狀態(tài)序列。再者，在編制存儲器的順序時可以把圖4所示的那些狀態(tài)的順序顛倒過來。在這種情況下，由這種顛倒順序后的數(shù)據(jù)去驅(qū)動步進電機，則電機轉(zhuǎn)動的方向就會與圖4給出的數(shù)據(jù)所規(guī)定的方向相反。
由8狀態(tài)4相步進驅(qū)動電路60產(chǎn)生的4相信號送到步進電機65。在最佳實施例中，步進電機為高級電器公司生產(chǎn)的M063-F006型SLO/SYN同步步進電機。帶有驅(qū)動軸67的步進電機65驅(qū)動斬光輪70，使印在斬光輪70上的圖案以6赫的最佳頻率轉(zhuǎn)換。在步進電機65驅(qū)動斬光輪70時，由光源75發(fā)出的光線就能到達光響應(yīng)系統(tǒng)80或被阻擋。作為一個例子，這種光響應(yīng)系統(tǒng)相當(dāng)于人的眼睛。
圖3為本發(fā)明所提供的鎖相步進電機控制光調(diào)制器的電路圖。開關(guān)S1和S4決定鎖相環(huán)(PLL)85的輸入。該輸入信號可以是(1)手動輸入，當(dāng)S1處于位置2時;(2)外接參考信號，當(dāng)S4處于位置2時;(3)60赫參考信號，若S4處于位置1時。開關(guān)S2決定鎖相環(huán)(PLL)85是否驅(qū)動電機65(例如，開關(guān)S2處于位置2時)，或者使電機鎖定在某個位置(例如，開關(guān)S2處于位置1時)。如圖3所示，鎖相環(huán)電路85包括圖2中的相位比較器35和壓控振蕩器45?？梢杂肦CA公司生產(chǎn)的CD4046B構(gòu)成鎖相環(huán)85。電容器C2和電阻器R3組成圖2中的低通濾波器40。
開關(guān)S3決定鎖相環(huán)電路85內(nèi)的壓控振蕩器的輸出信號是否送到第一個計數(shù)器(計數(shù)器1，編號90)，或是否由外接時鐘驅(qū)動第一個計數(shù)器90。第一計數(shù)器90可以由RCA公司生產(chǎn)的CD4029構(gòu)成，并連接成二進制計數(shù)器。
圖3中第一計數(shù)器90產(chǎn)生4路輸出，其電壓電平與鎖相環(huán)85輸出信號的跳變次數(shù)相對應(yīng)。若開關(guān)S3使外接時鐘輸入到第一計數(shù)器90，則該計數(shù)器輸出的電壓電平與時鐘脈沖的個數(shù)相對應(yīng)。
第一計數(shù)器90輸出的最高三位送到可編程只讀存儲器(PROM)95的地址線。PROM95可以用任何型號的存儲電路構(gòu)成，例如國民半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DM87S188。存儲在PROM95內(nèi)的數(shù)據(jù)對應(yīng)于要送到步進電機65的4相信號。圖4給出PROM的地址輸入與存儲在PROM95內(nèi)的數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系。存儲在PROM95內(nèi)的數(shù)據(jù)為8狀態(tài)4比特葛萊碼。PROM95的數(shù)據(jù)輸出饋給緩沖器100的輸入端。緩沖器100的輸出信號按照PROM95的輸出端給出的葛萊碼分別驅(qū)動晶體管105、110、115和120的基極。晶體管105、110、115和120的集電極分別與步進電機65的僥組125相連。這些晶體管可以采用達林頓功率管，例如莫特羅拉公司生產(chǎn)的MJ2500。
第一計數(shù)器90輸出的最低位饋給第二計數(shù)器的輸入端，計數(shù)器2的編號為130，它連接成十進制計數(shù)器，而不是象第一計數(shù)器那樣連接成二進制。第二計數(shù)器130可以采用RCA公司生產(chǎn)的CD4029。以這種方式，第二計數(shù)器130具有十進計數(shù)的能力。第二計數(shù)器130的進位輸出相當(dāng)于比較信號，它驅(qū)動鎖相環(huán)85中的相位比較電路。
5伏電源135為驅(qū)動器的邏輯部分提供5伏電源和地線。5伏電源135可以采用SOLA生產(chǎn)的84-05-210型電源。變壓器140提供步進電機65所需要的電源電壓。該變壓器可以采用索萊德森公司生產(chǎn)的23V52型變壓器。
圖5給出本發(fā)明所提供的鎖相環(huán)步進電機控制的光調(diào)制器的一種應(yīng)用。這個從屬的發(fā)明包括激勵信號發(fā)生器145，它產(chǎn)生如圖5中所示的棋盤格圖案。圖5所示系統(tǒng)是一種自動折射系統(tǒng)。借助于監(jiān)視在觀看激勵信號發(fā)生器145產(chǎn)生的棋盤格圖案時受實驗者150的腦電波，該系統(tǒng)為受實驗者150自動地選擇適當(dāng)?shù)耐哥R指令。在該系統(tǒng)中，本發(fā)明的鎖相環(huán)步進電機控制的光調(diào)制器為激勵信號發(fā)生器145產(chǎn)生的棋盤格圖案提供準確的轉(zhuǎn)換速率。借助于產(chǎn)生準確的轉(zhuǎn)換速率，微計算機155可以檢測到什么時候受實驗者150對這種棋盤格圖案的感覺最佳。
附圖中所使用明編號
名稱 編號 圖號
交流電機 10 1
直流電機 20 1
鎖相環(huán)控制的直流電機 25 1
步進電機 30 1
相位比較器 35 2
低通濾波器 40 2
壓控振蕩器 45 2
二進制計數(shù)器B3、B2、B1、B0 50 2
外接時鐘的線驅(qū)動器 52 2
分頻器電路 55 2
8狀態(tài)4相步進驅(qū)動電路D3D2D1D0 60 2
步進電機 65 2
斬光輪 70 2
可選擇光源＃20光源＃10 75 2
光響應(yīng)系統(tǒng) 80 2
鎖相環(huán) 85 3
計數(shù)器1 90 3
緩沖器 100 3
計數(shù)器2 130 3
5伏1安培電源 135 3
激勵信號發(fā)生器 145 5
受實驗者 150 5
微計算機 155 5
權(quán)利要求
1、由電機控制的光調(diào)制器，其特征為包括一個產(chǎn)生緩變電壓信號的裝置，該緩變信號的頻率低于7赫，而且與參考信號和比較信號相對應(yīng)；一個壓控振蕩器，它適于接收上述產(chǎn)生緩變電壓信號的裝置的輸出信號，并輸出頻率隨上述電壓信號變化的信號脈沖；對上述信號脈沖進行計數(shù)的裝置，它適于接收上述壓控振蕩器的輸出信號，并輸出一個對應(yīng)于上述信號脈沖的數(shù)目的計數(shù)信號；按照上述計數(shù)信號產(chǎn)生上述比較信號的裝置；產(chǎn)生4相信號的裝置，該4相信號有8種狀態(tài)，它隨著上述計數(shù)信號而變化；以及一個步進電機，該電機適于接收上述4相信號并按照上述4相信號驅(qū)動光調(diào)制器。
2、權(quán)利要求
1所述電機控制的光調(diào)制器還具有如下特征上述產(chǎn)生信號的裝置包括一個相位比較器，它適于接收上述參考信號和上述比較信號，并輸出一個與上述參考信號和上述比較信號之間的相位差相對應(yīng)的相位信號;以及一個適于接收上述相位信號并輸出上述電壓信號的低通濾波器。
3、權(quán)利要求
1所述電機控制的光調(diào)制器的進一步特征為所述產(chǎn)生信號的裝置還包括一個分頻器電路。
4、權(quán)利要求
1所述電機控制的光調(diào)制器的進一步特征為所述產(chǎn)生信號的裝置還包括存儲8狀態(tài)4比特葛萊碼的存儲器電路，該4位碼對應(yīng)于饋給上述步進電機的4相信號。
專利摘要
鎖相環(huán)步進電機控制的光調(diào)制器用于提供圖形轉(zhuǎn)換的特定速率。該調(diào)制器包括一個相位比較器；對比較器輸出濾波的RC低通濾波器；頻率隨RC濾波器輸出變化的壓控振蕩器。該調(diào)制器還包括一個二進制計數(shù)器，其計數(shù)信號與壓控振蕩器的頻率相對應(yīng)；對計數(shù)器的一個輸出信號計數(shù)并提供比較信號的十分頻電路。該光調(diào)制器還包括一個存儲電路，存儲用于驅(qū)動4相步進電機的8狀態(tài)4比特葛萊碼，而步進電機的驅(qū)動軸上裝著帶有特殊圖案的斬光輪。
文檔編號G02B26/04GK86102796SQ86102796
公開日1986年11月12日 申請日期1986年4月24日
發(fā)明者加利·威廉姆·舍溫 申請人:西屋電氣公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan