DE1549811B1

DE1549811B1 - ARRANGEMENT FOR CONVERTING THE COORDINATES OF A PROBE MOVED OVER A SURFACE INTO ELECTRICAL SIGNALS

Info

Publication number: DE1549811B1
Application number: DE19671549811
Authority: DE
Inventors: Alfred Brian Edwin Ellis
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1966-12-23
Filing date: 1967-12-19
Publication date: 1971-06-16
Also published as: FR1549719A; GB1167890A; SE340370B

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Um- Genauigkeit und die Zuverlässigkeit einer Anordnung Wandlung der Koordinaten einer über eine Fläche zur Umwandlung der Koordinaten einer über eine bewegten Sonde in elektrische Signale mit einer Fläche bewegten Sonde in elektrische Signale der Oberflächen-Widerstandsschicht, über die die Sonde eingangs genannten Art wesentlich zu verbessern, zur Aufnahme von Signalen bewegt wird, mit einer 5 Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ersten Wechselspannungsquelle zur Einspeisung einer vor, daß die erste Wechselspannungsquelle an den Wechselspannung vorgegebener erster Frequenz in einen Streifen des ersten Kontaktstreifen-Paars eine ein erstes Kontaktstreifen-Paar, die zueinander par- Wechselspannung liefert, welche gegenüber der an allel verlaufen und an einander gegenüberliegenden den anderen Streifen des ersten Kontaktstreifen-Paars Seiten der Oberflächen-Widerstandsschicht in elek- io gelieferten Wechselspanung eine konstante Phasentrischem Kontakt mit derselben angeordnet sind, mit differenz aufweist, daß in gleicher Weise die zweite einer zweiten Wechselspannungsquelle zur Einspei- Wechselspannungsquelle an den einen Streifen des sung einer Wechselspannung mit einer von der ersten zweiten Kontaktstreifen-Paars eine Wechselspannung Frequenz verschiedenen zweiten Frequenz in ein liefert, welche gegenüber der an den anderen Streifen zweites Kontaktstreifen-Paar, die zueinander parallel 15 des zweiten Kontaktstreifen-Paars gelieferten Wech- und zum ersten Kontaktstreifen-Paar in einem Win- selspannung eine konstante Phasendifferenz aufweist, kel verlaufen und an einander gegenüberliegenden daß das von der Sonde aufgenommene Signal in Seiten der Oberflächen-Widerstandsschicht in elektri- einem Filter in den beiden Frequenzkomponenten schem Kontakt mit derselben angeordnet sind, und entsprechende Teilsignale zerlegt wird, die getrennt mit einem Filter zur Trennung der verschiedenen in 20 jeweils einem Phasen-Diskriminator zugeführt werdiesem Signal vorhandenen Frequenz-Komponenten. den, welcher die jeweilige Phasenlage des Teilsignals Aus der USA.-Patentschrift 2 241544 ist eine An- in bezug auf die Phasenlage eines Referenzsignals Ordnung zur Umwandlung der Koordinaten einer ermittelt und eine dieser Phasendifferenz propor- ([ über eine Fläche bewegten Sonde in elektrische tionale Spannung erzeugt, welche als Maß für die Signale bekannt, bei welcher die Koordinaten der 25 Sonderkoordinate zur Anzeige gebracht wird. Lage der Sonde in jedem Zeitpunkt durch die Eine vorteilhafte Ausführungsform der ErfindungThe invention relates to an arrangement for reversing accuracy and the reliability of an arrangement Conversion of the coordinates of a surface to convert the coordinates of a moving probe into electrical signals with a surface moving probe into electrical signals of the Surface resistance layer, which can be used to improve the probe type mentioned at the beginning, is moved to receive signals, with a 5 To achieve this object, the invention provides first AC voltage source for feeding a before that the first AC voltage source to the AC voltage of a predetermined first frequency in one strip of the first pair of contact strips a first pair of contact strips, which supplies par alternating voltage to each other, which is opposite to the allele run and on opposite to each other the other strips of the first contact strip pair Side of the surface resistance layer in electrically supplied alternating voltage a constant phase centric Contact with the same are arranged with a difference that in the same way the second a second AC voltage source for feeding AC voltage source to the one strip of the Solution of an alternating voltage with one of the first second contact strip pairs an alternating voltage Frequency different second frequency in one delivers which opposite that on the other strip second pair of contact strips, the alternating elements supplied parallel to one another 15 of the second pair of contact strips and has a constant phase difference to the first pair of contact strips in an angular voltage, kel run and on opposite sides that the signal picked up by the probe in Sides of the surface resistance layer in electrical a filter in the two frequency components Shem contact are arranged with the same, and corresponding partial signals is broken down, which are separated with a filter for separating the different in 20 are each fed to a phase discriminator Signal existing frequency components. the one, which the respective phase position of the partial signal From the United States patent specification 2 241544 there is a reference to the phase position of a reference signal Order for converting the coordinates of a determined and one of these phase difference propor- ([ A probe moved across a surface is generated into electrical tational voltage, which is used as a measure of the Signals known in which the coordinates of the 25 special coordinates are displayed. Position of the probe at any point in time through the An advantageous embodiment of the invention

Amplituden der von der Sonde aufgenommenen sieht vor, daß das erste Kontaktstreifen-Paar zu dem Signalanteile unterschiedlicher Frequenz dargestellt zweiten Kontaktstreifen-Paar senkrecht verläuft und werden, wobei die Arbeitsweise der Schaltung dar- daß die Streifen an den Kanten einer rechteckigauf basiert, daß die Amplitude des einen Kompo- 30 förmigen Fläche der Widerstandsschicht angeordnet nenten-Frequenzsignals von der Lage der Sonde in sind.Amplitudes of the recorded by the probe provides that the first pair of contact strips to the Signal components of different frequencies shown second contact strip pair runs vertically and The principle of operation of the circuit is that the strips at the edges of a rectangular shape is based on that the amplitude of a composite 30-shaped surface of the resistive layer is arranged nent frequency signal from the location of the probe in.

der einen und die Amplitude des anderen Kompo- Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungs-the one and the amplitude of the other compo- A preferred development of the invention

nenten-Frequenzsignals in gleicher Weise von der gemäßen Anordnung wird dadurch erreicht, daß Lage der Sonde in der anderen Koordinatenrichtung die an den einen Streifen angelegte Wechselspannung abhängig ist. 35 gegenüber der an den gegenüberliegenden Streifennenten frequency signal in the same way from the current arrangement is achieved in that Position of the probe in the other coordinate direction is the alternating voltage applied to one strip is dependent. 35 opposite that on the opposite strips

In der Praxis wird das Ausgangssignal von der angelegten Wechselspannung eine Phasendifferenz Sonde gefiltert, und die beiden Frequenz-Komponen- von 90° aufweist.In practice, the output signal from the applied AC voltage becomes a phase difference Filtered probe, and the two frequency components of 90 °.

ten werden getrennt, werden anschließend vonein- Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßenten are separated, are then from a major advantage of the invention

ander getrennt verstärkt und gleichgerichtet, wobei Vorrichtung gegenüber bisher bekannten Anordnundie resultierenden Gleichstromsignale für die Koor- 40 gen zur Umwandlung der Koordinaten einer über dinaten der Lage der Sonde repräsentativ sind. Diese eine Fläche bewegten Sonde in elektrische Signale Signale können in beliebiger Weise weiterverarbeitet resultiert aus der Tatsache, daß die Genauigkeit sowie werden, beispielsweise in einen Rechner eingegeben die Zuverlässigkeit der Vorrichtung nicht von der werden oder einer Abbildungsvorrichtung wie einer Signalamplitude abhängen, welche sich bei der Bewe- i Kathodenstrahlröhre zugeführt werden oder auch 45 _gung der Sonde über die Widerstandsschicht durch ' als Steuersignale dienen. verschiedenste Störeinflüsse unkontrolliert ändernon the other hand separately amplified and rectified, the device being representative of previously known arrangements, the resulting direct current signals for the coils for converting the co-ordinates of an overdimensional data of the position of the probe. These a surface-moving probe into electrical signals signals can be further processed in any way resulting from the fact that the accuracy as well as, for example, the reliability of the device entered into a computer does not depend on the or an imaging device such as a signal amplitude, which depends on the movement i cathode ray tube are fed or even 45 g _gun of the probe serve as control signals over the resistive layer by '. change the most varied of interfering influences in an uncontrolled manner

Die bekannte Vorrichtung besitzt zwei wesentliche kann. Das erfindungsgemäße System ist in seiner GeNachteile. Der erste Nachteil besteht darin, daß das nauigkeit ebenso wie in seiner Zuverlässigkeit ledig-Bereichsverhältnis der Amplituden jeder Frequenz, Hch von der Phase des aufgenommenen Signals das erzielt werden muß, wenn die Sonde in der zu- 50 abhängig, welche gemessen wird, so daß das Signal geordneten Koordinatenrichtung über ihren vollstän- verstärkt werden kann, bevor seine Phase gemessen digen Bewegungsbereich bewegt wird, ungünstig groß wird.The known device has two main features. The system according to the invention has disadvantages. The first disadvantage is that its accuracy, as well as its reliability, has a single-range ratio of the amplitudes of each frequency, Hch of the phase of the recorded signal that must be achieved when the probe is in the 50 dependent on which one is measured, so that the signal ordered coordinate direction can be fully amplified before its phase is measured This range of motion is moved, becomes unfavorably large.

sein muß, wenn die Auflösung der Schaltung hin- Da die Phasenmessung mit an sich bekannten digi-must be, if the resolution of the circuit is due to the fact that the phase measurement with per se known digital

reichend gut sein soll. So muß beispielsweise das talen Methoden des Phasenvergleichs in besonders Amplitudenbereichsverhältnis mindestens 100 zu 1 55 einfacher Weise vorgenommen werden kann, liegt sein, wenn die Genauigkeit von l^e/o erzielt werden das Meßergebnis in digitaler Form vor, so daß die soll. Der zweite Nachteil ist darin zu sehen, daß die direkte Eingabe in eine digitale Datenverarbeitungs-Änderungen der Komponentensignal-Amplituden anlage vorteilhafte Möglichkeiten zur Weiterverardurch andere Ursachen als die Bewegung der Sonde. beitung bietet.should be sufficiently good. Thus, for example, the valley method of phase comparison must be able to be carried out in a particularly simple manner in an amplitude range ratio of at least 100 to 1 55, if the accuracy of l ^e / o can be achieved the measurement result is in digital form, so that it should. The second disadvantage can be seen in the fact that the direct input into a digital data processing system for changes in the component signal amplitude system has advantageous possibilities for further processing due to causes other than the movement of the probe. processing offers.

beispielsweise durch Änderungen des Abstandes der 60 Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise an Sonde von der Widerstandsschicht, über welche sie Hand der Zeichnung beschrieben, bewegt wird, die Genauigkeit nachteilig beeinflussen. Die Zeichnung zeigt ein vereinfachtes Blockschalt-for example by changing the spacing of the 60. The invention is hereinafter exemplified by Probe from the resistive layer over which you hand the drawing described, is moved, adversely affect the accuracy. The drawing shows a simplified block diagram

Derartige Änderungen des Abstandes der Sonde von bild einer Ausführungsform der Erfindung, der Widerstandsschicht können beispielsweise durch Das dargestellte Schaltbild zeigt eine an sich be-Such changes in the spacing of the probe from one embodiment of the invention, the resistive layer can, for example, by

Ungleichförmigkeit der Dicke der Isolierschicht, die 65 kannte Anordnung zur Umwandlung der Koordinaten normalerweise zum Schutz der Widerstandsschicht einer über eine Fläche bewegten Sonde in elektrische über dieser angeordnet ist, erzeugt werden. Signale mit einer Basisplatte A, z. B. eine Glasplatte,Non-uniformity in the thickness of the insulating layer, the arrangement for converting the coordinates normally used to protect the resistive layer of a probe moved over a surface into an electrical one arranged over it. Signals with a base plate A, e.g. B. a glass plate,

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die die in einem für die Praxis typischen Fall eine qua-The object of the invention is to provide a qua-

dratische Platte mit einer Seitenlange von angenommen 25 cm sein kann, auf der eine dünne Schicht (nicht gesondert dargestellt) eines geeigneten Widerstandsmaterials aufgebracht ist. Die Verbindung zu dem Widerstandsmaterial wird mittels zweier Kontaktstreifen-Paare Zl-Z 2 und Yl-Y 2, die entlang den Seiten des Quadrates verlaufen, wobei die Streifen jedes Paares zueinander parallel sind, hergestellt. Die aufgebrachte Widerstandsschicht wird zu ihrem Schutz durch eine harte Isolierschicht abgedeckt, über welche eine Sonde P bewegbar ist, die mit der Widerstandschicht durch die Isolierschicht hindurch in jeder beliebigen Lage der Sonde kapazitiv gekoppelt ist.Dratic plate with a side length of assumed 25 cm, on which a thin layer (not shown separately) of a suitable resistor material is applied. The connection to the resistor material is made by means of two pairs of contact strips Zl-Z 2 and Yl-Y 2, which run along the sides of the square, the strips of each pair being parallel to one another. To protect it, the applied resistive layer is covered by a hard insulating layer over which a probe P can be moved, which is capacitively coupled to the resistive layer through the insulating layer in any position of the probe.

Zwei Wechselspannungen verschiedener Frequenz /1 und /2 werden von Quellen 1 bzw. 2 geliefert. Die Spannung von der Quelle 1 wird direkt dem Streifen Xl und über einen 90 ^Phasenschieber 3 dem Streifen Z 2 zugeführt. In gleicher Art wird die Spannung von der Quelle 2 direkt dem Streifen Y1 und über einen 90 ^Phasenschieber 4 dem Streifen Y 2 zugeführt. Das von der Sonde P aufgenommene Ausgangssignal wird in seine beiden Komponentfrequenzen zerlegt. Dies geschieht durch frequenzselektive Verstärker 5 und 6, die für die Frequenzen /1 bzw. /2 selektiv sind. Das Ausgangssigna] von dem Verstärker 5 wird einem Phasen-Diskriminator oder -Detektor 7 zugeführt, dem auch ein Bezugsphasensignal zugeführt wird, das dem Signal an einem der Streifen Zl oder Z 2, wie dargestellt an dem Streifen Zl, entspricht. In gleicher Weise wird das Ausgangssignal von dem Verstärker 6 einem Phasen-Diskriminator oder -Detektor 8 zugeführt, dem ebenfalls ein Bezugsphasensignal zugeführt wird, das der Phasenlage des Signals am Streifen Fl entspricht. Die den Koordinaten der Sonde repräsentativen Signale erscheinen an den Ausgangsklemmen 9 und 10, wobei das an Klemme 9 abhängig von der Phasenlage des aufgenommenen Signals der Frequenz /1 und daher von der Lage der Sonde in Koordinatenrichtung Zl-Z 2 ist, während das an Klemme 10 abhängig von der Phasenlage des aufgenommenen Signals der Frequenz/2 und somit von der Lage der Sonde in Koordinatenrichtung Yl-Y 2 ist. Je nach Notwendigkeit können Verstärker und Amplitudenbegrenzer (nicht dargestellt) vorgesehen werden. Dies erfolgt nach bekannten Prinzipien, um sicherzustellen, daß die Phasen-Diskriminatoren so unabhängig wie möglich von den Eingangsamplituden und lediglich abhängig von den Phasenlagen des Eingangssignals arbeiten.Two alternating voltages of different frequencies / 1 and / 2 are supplied from sources 1 and 2, respectively. The voltage from the source 1 is fed directly to the strip X1 and via a 90 ^ phase shifter 3 to the strip Z 2. In the same way, the voltage from the source 2 is fed directly to the strip Y 1 and via a 90 ^ phase shifter 4 to the strip Y 2. The output signal picked up by the probe P is broken down into its two component frequencies. This is done by frequency-selective amplifiers 5 and 6, which are selective for the frequencies / 1 and / 2, respectively. The output signal from the amplifier 5 is fed to a phase discriminator or detector 7, which is also fed with a reference phase signal which corresponds to the signal on one of the strips Zl or Z 2, as shown on the strip Zl. In the same way, the output signal from the amplifier 6 is fed to a phase discriminator or detector 8, which is also fed with a reference phase signal which corresponds to the phase position of the signal on the strip F1. The signals representative of the coordinates of the probe appear at the output terminals 9 and 10, the one at terminal 9 being dependent on the phase position of the recorded signal of frequency / 1 and therefore on the position of the probe in the coordinate direction Z1-Z 2, while that at terminal 10 is dependent on the phase position of the recorded signal of frequency / 2 and thus on the position of the probe in the coordinate direction Y1-Y 2 . If necessary, amplifiers and amplitude limiters (not shown) can be provided. This is done according to known principles in order to ensure that the phase discriminators work as independently as possible of the input amplitudes and only as a function of the phase positions of the input signal.

Wie leicht zu erkennen ist, werden die vorstehend genannten Fehler der bekannten Schaltungen durch die erfindungsgemäße Anordnung stark herabgesetzt, die außerdem den weiteren Vorteil zeigt, daß Phasenmessungen sich selbst für die digitale Weiterverarbeitung anbieten, so daß die Nutzsignale an den Klemmen 9 und 10 leicht so geformt werden können, daß sie digital vorliegen und somit für eine Direkteingabe in einen Rechner gut geeignet sind.As can easily be seen, the above-mentioned errors of the known circuits are caused by the arrangement according to the invention greatly reduced, which also shows the further advantage that phase measurements offer themselves for further digital processing, so that the useful signals are sent to the Terminals 9 and 10 can easily be shaped to be digital and thus for direct entry in a computer are well suited.

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for converting the coordinates of a probe moved over a surface into electrical signals with a surface resistance layer over which the probe is moved to receive signals, with a first AC voltage source for feeding an AC voltage of a predetermined first frequency into a first pair of contact strips , which run parallel to one another and are arranged on opposite sides of the surface resistance layer in electrical contact with the same, with a second AC voltage source for feeding an AC voltage with a second frequency different from the first frequency into a second contact strip pair, which are parallel to one another and extend at an angle to the first pair of contact strips and are arranged on opposite sides of the surface resistance layer in electrical contact with the same, and with a filter for separating the various frequencies present in this signal nz components, characterized in that the first alternating voltage source (1) _{supplies an alternating voltage to one strip (Z 1} ) of the first contact _{strip pair (Z 1} , X ₂ ) which is opposite to that of the other strips (Z ₂ ) of the first Contact strip pairs supplied AC voltage has a constant phase difference that in the same way the second AC voltage source (2) to the one strip (Y ₁ ) of the second contact _{strip pair (F 1} , F.,) supplies an AC voltage, which compared to that on the other strips (F,) of the second contact strip pair supplied alternating voltage has a constant phase difference that the signal picked up by the probe is _{broken down in a filter in the two frequency components (Z 1} and f. ₂ ) corresponding partial signals, each separated in a phase -Discriminator (7, 8) are supplied, which determines the respective phase position of the partial signal with respect to the phase position of a reference signal and this it generates voltage proportional to the phase difference, which is displayed as a measure for the probe coordinate.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the first pair of _{contact strips (Z 1} , Z ₂ ) to the second pair of contact _{strips (F 1} , F ₂ ) extends perpendicularly and that the strips at the edges of a rectangular surface of the resistance layer are arranged.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the _{alternating voltage applied to one strip (Z 1} or F ₁ ) has a phase difference of 90 ° compared to the alternating voltage applied to the opposite strip (Z ₂ or F ₂₎ .

1 sheet of COPY drawings