RU2173882C1 - Method for entering information in computer - Google Patents
Method for entering information in computer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2173882C1 RU2173882C1 RU2000105808/09A RU2000105808A RU2173882C1 RU 2173882 C1 RU2173882 C1 RU 2173882C1 RU 2000105808/09 A RU2000105808/09 A RU 2000105808/09A RU 2000105808 A RU2000105808 A RU 2000105808A RU 2173882 C1 RU2173882 C1 RU 2173882C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acceleration sensor
- axis
- components
- magnetic field
- coordinates
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 79
- 239000011553 magnetic fluid Substances 0.000 claims description 38
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 14
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 6
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000006854 communication Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000007175 bidirectional communication Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронике и вычислительной технике и может быть использовано для ввода координатной, графической информации и команд в ЭВМ. The invention relates to electronics and computer engineering and can be used to enter coordinate, graphical information and commands into a computer.
Известен способ ввода трехмерной информации в ЭВМ, основанный на индукционном измерении координат, включающий формирование в рабочем пространстве переменного магнитного поля, вектор индукции которого вращают поочередно в горизонтальной и вертикальной плоскостях рабочего пространства, фиксацию максимальной амплитуды обобщенных информационных сигналов с трех пар катушек индуктивности, входящих в состав магнитометрического датчика съемника координат, определение соответствующих максимумам обобщенных информационных сигналов углов поворота вектора магнитной индукции для каждой из плоскостей, возбуждение по значениям вышеуказанных углов относительно начала координат итогового магнитного поля с соответствующими составляющими вектора магнитной индукции по координатным осям, измерение амплитуд наведенных в катушках магнитометрического датчика съемника координат сигналов, по которым с поправкой на углы поворота оси съемника координат вычисляют трехмерные координаты считываемой точки (Патент РФ N 2074419, кл. G 06 К 11/16). A known method of entering three-dimensional information into a computer, based on the induction measurement of coordinates, including the formation in the working space of an alternating magnetic field, the induction vector of which is rotated alternately in the horizontal and vertical planes of the working space, fixing the maximum amplitude of the generalized information signals from three pairs of inductors included in the composition of the magnetometric sensor stripper coordinates, the definition of the corresponding maxima of the generalized information signals of the angles rotation of the magnetic induction vector for each of the planes, excitation by the values of the above angles relative to the origin of the final magnetic field with the corresponding components of the vector of magnetic induction along the coordinate axes, measuring the amplitudes of the coordinates of the signals induced in the coils of the magnetometric sensor of the puller, adjusted for the rotation angles of the puller axis coordinates calculate the three-dimensional coordinates of the read point (RF Patent N 2074419, cl. G 06 K 11/16).
Недостатками известного способа являются необходимость обеспечения сложных зависимостей управляющих формированием магнитного поля сигналов от времени, невысокое быстродействие, определяемое необходимостью организации последовательного сканирования направлением вектора индукции магнитного поля в двух плоскостях, по результатам которого определяется направление итогового вектора индукции магнитного поля, высокая чувствительность к магнитным помехам (например, от импульсного блока питания используемой ЭВМ), требование высокой однородности рабочего пространства, несоблюдение которого приводит к необходимости калибровки устройства в каждом конкретном объеме рабочего пространства. The disadvantages of this method are the need to provide complex dependencies of the signals controlling the formation of the magnetic field from time, low speed, determined by the need for sequential scanning by the direction of the magnetic field induction vector in two planes, the results of which determine the direction of the final magnetic field induction vector, high sensitivity to magnetic interference ( for example, from a switching power supply used by a computer), the requirement of high heterogeneity of the workspace, non-observance of which leads to the need to calibrate the device in each specific volume of the workspace.
Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения трехмерных координат, включающий в себя возбуждение переменного электромагнитного поля в системе координат рабочего пространства, формирование обобщенного информационного сигнала с помощью расположенных соосно в съемнике координат двух магнитометрических датчиков, определение считываемых координат X, Y, Z острия съемника координат (Патент РФ N 2015564). Closest to the proposed one is a method for measuring three-dimensional coordinates, which includes the excitation of an alternating electromagnetic field in the coordinate system of the workspace, the formation of a generalized information signal using two magnetometric sensors located coaxially in the stripper, determining the read coordinates X, Y, Z of the tip of the coordinate stripper ( RF patent N 2015564).
Данный способ позволяет определить три пространственных координаты X, Y, Z, но не позволяет определить угловые координаты. This method allows you to determine the three spatial coordinates X, Y, Z, but does not allow to determine the angular coordinates.
Решаемой задачей предлагаемого изобретения является ввод в ЭВМ пространственных и угловых координат. The problem of the invention is to enter into the computer spatial and angular coordinates.
Поставленная задача решается тем, что в способе ввода информации в электронно-вычислительную машину, осуществляемом с помощью устройства ввода информации, содержащего датчик, заключающемся в том, что создают постоянное магнитное поле, регистрируют изменения переменных составляющих напряжений, возникающих при перемещении устройства ввода информации вдоль любой из взаимно перпендикулярных осей X, Y, Z, на основе упомянутых зарегистрированных изменений переменных составляющих напряжений определяют координаты положения устройства ввода информации, которые передают в электронно-вычислительную машину, согласно изобретению датчик выполнен в виде датчика ускорения, содержащего симметричное инерционное тело из немагнитного материала, помещенное в симметричный замкнутый объем, заполненный магнитной жидкостью, упомянутое магнитное поле создают в магнитной жидкости, при этом магнитное поле имеет такую величину, при которой положение равновесия инерционного тела смещено по вертикальной оси Z от геометрического центра замкнутого объема датчика ускорения, совпадающего с точкой пересечения трех взаимно перпендикулярных осей X, Y, Z, упомянутую регистрацию переменных составляющих напряжений осуществляют с помощью размещенных на замкнутом объеме по каждой упомянутой оси соответствующих пар катушек индуктивности, при этом дополнительно регистрируют изменения переменных составляющих напряжений, возникающих при повороте датчика ускорения вокруг осей X или Y с помощью пар катушек, расположенных соответственно по оси Y или X, упомянутые определяемые координаты представляют собой компоненты линейного ускорения и угловые координаты датчика ускорения. The problem is solved in that in the method of inputting information into an electronic computer using an information input device containing a sensor, which consists in creating a constant magnetic field, register changes in the variable voltage components that occur when moving the information input device along any from mutually perpendicular axes X, Y, Z, on the basis of the aforementioned registered changes in the alternating voltage components, the position coordinates of the input device are determined according to the invention, the sensor is made in the form of an acceleration sensor containing a symmetrical inertial body of non-magnetic material, placed in a symmetrical enclosed volume filled with magnetic fluid, said magnetic field is created in a magnetic fluid, while the magnetic field has such a value at which the equilibrium position of the inertial body is shifted along the vertical axis Z from the geometric center of the closed volume of the acceleration sensor, which coincides with at the intersection of three mutually perpendicular axes X, Y, Z, the aforementioned registration of alternating voltage components is carried out using the corresponding pairs of inductors placed on a closed volume on each said axis, while additionally recording changes in the variable voltage components that occur when the acceleration sensor rotates around the X axis or Y using pairs of coils located respectively on the Y or X axis, said determined coordinates are components of linear acceleration the angular coordinates of the acceleration sensor.
Поставленная задача решается также тем, что для определения трех компонентов линейного ускорения и угловых координат датчика ускорения регистрируют изменения добротностей катушек индуктивности, входящих в состав соответствующих пар катушек. The problem is also solved by the fact that to determine the three components of linear acceleration and the angular coordinates of the acceleration sensor, changes in the Q factors of the inductors included in the corresponding pairs of coils are recorded.
Поставленная задача решается также тем, что для определения угловых координат датчика ускорения регистрируют изменения величин индуктивностей катушек индуктивности, входящих в состав соответствующих пар катушек. The problem is also solved by the fact that to determine the angular coordinates of the acceleration sensor record changes in the values of the inductances of the inductors, which are part of the corresponding pairs of coils.
Поясним сущность предлагаемого способа ввода информации в ЭВМ. Для реализации предлагаемого способа использовано свойство магнитной жидкости, заполняющей замкнутый объем датчика ускорения, заключающееся в возникновении выталкивающей силы, действующей на тело из немагнитного материала, помещенное в магнитную жидкость, в которой создано магнитное поле. Величина и направление этой силы определяются величиной напряженности и распределением силовых линий магнитного поля в магнитной жидкости (С.В.Рулев, В.Н.Самсонов, А.М. Савостьянов, Г.К.Шмырин, "Управляемые магнитожидкостные виброизоляторы", МО СССР, М., 1988 г., с. 17 - 21). Let us explain the essence of the proposed method of entering information into a computer. To implement the proposed method, the property of a magnetic fluid is used that fills the closed volume of the acceleration sensor, which consists in the emergence of a buoyant force acting on a body of non-magnetic material placed in a magnetic fluid in which a magnetic field is created. The magnitude and direction of this force is determined by the magnitude of the intensity and distribution of the lines of force of the magnetic field in the magnetic fluid (S.V. Rulev, V.N. Samsonov, A.M. Savostyanov, G.K. Shmyrin, "Controlled magneto-liquid vibration isolators", USSR Ministry of Defense , M., 1988, pp. 17-21).
Внутри датчика ускорения, представляющего собой замкнутый объем (например, сферический), заполненный магнитной жидкостью, в котором находится инерционное тело из немагнитного материала, создано магнитное поле с нарастающей от центра объема напряженностью. Инерционное тело находится в положении равновесия тогда, когда сумма действующих на него сил равна нулю (сила тяжести, архимедова сила и выталкивающая сила со стороны магнитной жидкости, величина которой определяется магнитным полем). Таким образом положение равновесия инерционного тела определяется величиной напряженности и пространственным распределением силовых линий магнитного поля. Поскольку величина силы, действующей на инерционное тело (имеющее отличную от магнитной жидкости плотность) со стороны магнитного поля, сосредоточенного в магнитной жидкости, растет как по мере удаления инерционного тела от геометрического центра замкнутого объема, так и с увеличением напряженности магнитного поля, то необходимая величина смещения инерционного тела по вертикальной оси Z от геометрического центра замкнутого объема, совпадающего с точкой пересечения пространственных осей датчика ускорения, устанавливается путем задания соответствующей напряженности постоянного магнитного поля. Кроме того в магнитной жидкости создают переменное магнитное поле, напряженность которого много меньше напряженности постоянного магнитного поля. Для создания переменного магнитного поля используют катушки индуктивности, размещенные попарно по трем взаимно перпендикулярным осям вокруг замкнутого объема с магнитной жидкостью. Переменное магнитное поле каждой катушки взаимодействует с объемом магнитной жидкости, расположенным под катушкой, имеющим форму, определяемую распределением силовых линий магнитного поля в магнитной жидкости, и "глубину", отграниченную положением инерционного тела. Величина энергозатрат переменного магнитного поля на перемагничивание магнитной жидкости определяется свойствами магнитной жидкости и ее количеством, находящимся в вышеуказанном объеме взаимодействия. Таким образом величина энергозатрат переменного магнитного поля, являющаяся мерой добротности катушки индуктивности, определяется количеством магнитной жидкости в объеме взаимодействия катушки, которое, в свою очередь, зависит от положения инерционного тела внутри замкнутого объема датчика ускорения. При перемещении датчика ускорения в пространстве инерционное тело смещается от положения равновесия из-за возникающих при перемещении ускорений. Смещение инерционного тела приводит к изменению добротностей катушек индуктивности, а следовательно, и переменных составляющих напряжений на каждой из катушек. Inside the acceleration sensor, which is a closed volume (for example, spherical), filled with magnetic fluid, in which an inertial body of non-magnetic material is located, a magnetic field is created with tension increasing from the center of the volume. The inertial body is in equilibrium when the sum of the forces acting on it is zero (gravity, Archimedean force and buoyancy force from the side of the magnetic fluid, the magnitude of which is determined by the magnetic field). Thus, the equilibrium position of the inertial body is determined by the magnitude of the tension and the spatial distribution of the lines of force of the magnetic field. Since the force acting on the inertial body (having a density different from the magnetic fluid) from the side of the magnetic field concentrated in the magnetic fluid grows as the inertial body moves away from the geometric center of the closed volume, and as the magnetic field increases, the required value the displacement of the inertial body along the vertical axis Z from the geometric center of the closed volume, coinciding with the intersection point of the spatial axes of the acceleration sensor, is set by I corresponding to intensity of the constant magnetic field. In addition, an alternating magnetic field is created in the magnetic fluid, the intensity of which is much less than the intensity of a constant magnetic field. To create an alternating magnetic field, inductors are used, placed in pairs along three mutually perpendicular axes around a closed volume with magnetic fluid. The alternating magnetic field of each coil interacts with the volume of magnetic fluid located under the coil, having a shape determined by the distribution of the lines of force of the magnetic field in the magnetic fluid, and a "depth" delimited by the position of the inertial body. The magnitude of the energy consumption of an alternating magnetic field for magnetization reversal of a magnetic fluid is determined by the properties of the magnetic fluid and its amount located in the above interaction volume. Thus, the energy consumption of an alternating magnetic field, which is a measure of the quality factor of an inductor, is determined by the amount of magnetic fluid in the interaction volume of the coil, which, in turn, depends on the position of the inertial body inside the closed volume of the acceleration sensor. When moving the acceleration sensor in space, the inertial body shifts from the equilibrium position due to the accelerations arising from the movement. The displacement of the inertial body leads to a change in the quality factors of the inductors, and hence the variable components of the voltages on each of the coils.
Пусть действие ускорения, направленного вдоль оси X, привело к смещению инерционного тела влево от положения равновесия. При этом толщина слоя магнитной жидкости под левой катушкой, расположенной по оси X, уменьшится, а под правой - возрастет, что приведет к уменьшению количества магнитной жидкости в объеме взаимодействия левой и увеличению количества магнитной жидкости в объеме взаимодействия правой катушки индуктивности. Следовательно, добротность и переменное напряжение на левой катушке возрастут, а добротность и переменное напряжение на правой катушке - уменьшатся. По зарегистрированным изменениям переменных составляющих напряжений на катушках, расположенных по оси X, определяют величину ускорения, действующего вдоль оси X, в соответствии с формулой:
ax=p•[(Ux1-Ux1 0)- (Ux2-Ux2 0], (1)
где p - коэффициент, определяемый геометрическими размерами элементов датчика ускорения и свойствами магнитной жидкости при заданной величине постоянной составляющей магнитного поля в магнитной жидкости,
Uxi - текущее значение амплитуды переменной составляющей напряжения на i-м выходе датчика ускорения 1, соответствующем оси X,
Uxi 0 - значение амплитуды переменной составляющей напряжения на i-м выходе датчика ускорения 1, соответствующем оси X в состоянии покоя.Let the action of acceleration directed along the X axis lead to a displacement of the inertial body to the left of the equilibrium position. In this case, the thickness of the layer of magnetic fluid under the left coil located along the X axis will decrease, and under the right it will increase, which will lead to a decrease in the amount of magnetic fluid in the interaction volume of the left and an increase in the amount of magnetic fluid in the interaction volume of the right inductor. Therefore, the quality factor and AC voltage on the left coil will increase, and the quality factor and AC voltage on the right coil will decrease. The registered changes in the variable components of the stresses on the coils located along the X axis determine the magnitude of the acceleration acting along the X axis in accordance with the formula:
a x = p • [(U x1 -U x1 0 ) - (U x2 -U x2 0 ], (1)
where p is a coefficient determined by the geometric dimensions of the elements of the acceleration sensor and the properties of the magnetic fluid at a given value of the constant component of the magnetic field in the magnetic fluid,
U xi is the current value of the amplitude of the variable component of the voltage at the i-th output of the acceleration sensor 1 corresponding to the X axis,
U xi 0 is the value of the amplitude of the variable component of the voltage at the i-th output of the acceleration sensor 1, corresponding to the X axis at rest.
Компоненты ускорения ay, az, направленные вдоль осей Y и Z, определяются по формулам, аналогичным (1).The acceleration components a y , a z directed along the Y and Z axes are determined by formulas similar to (1).
Рассмотрим вращение датчика ускорения вокруг оси X. Пусть плотность инерционного тела выше плотности магнитной жидкости. При этом инерционное тело оказывается смещенным вниз по оси Z от геометрического центра замкнутого объема. Пусть датчик ускорения повернут вокруг оси X по часовой стрелке на некоторый угол (не превышающий 90o). При этом расположенная по оси Y катушка индуктивности окажется "дальше", а расположенная справа - "ближе" от инерционного тела, следовательно количество магнитной жидкости в объеме взаимодействия левой катушки возрастет, а правой - уменьшится. Следовательно, добротность и переменное напряжение на правой катушке возрастут, а добротность и переменное напряжение на левой катушке - уменьшатся. По зарегистрированным изменениям переменных составляющих напряжений на катушках, расположенных по оси Y, определяют направление вращения (по знаку результата) и величину угла поворота датчика ускорения вокруг оси Y, которые в совокупности являются угловой координатой датчика ускорения, в соответствии с формулой:
ψx = P•[(Uy1-Uy1 0)- (Uy2-Uy2 0)], (2)
где P - заранее определенный в зависимости от угла поворота переменный параметр, зависящий от геометрических размеров элементов датчика ускорения и свойств магнитной жидкости при заданной величине постоянной составляющей магнитного поля в магнитной жидкости,
Uyi - текущее значение амплитуды переменной составляющей напряжения на i-м выходе датчика ускорения 1, соответствующем оси Y,
Uyi 0 - значение амплитуды переменной составляющей напряжения на i-м выходе датчика ускорения 1, соответствующем оси Y при нулевом значении угла поворота датчика ускорения вокруг оси X.Consider the rotation of the acceleration sensor around the X axis. Let the density of the inertial body be higher than the density of the magnetic fluid. In this case, the inertial body is displaced downward along the Z axis from the geometric center of the closed volume. Let the acceleration sensor be rotated around the X axis clockwise by a certain angle (not exceeding 90 o ). In this case, the inductor located on the Y axis will be “further”, and located on the right “closer” from the inertial body, therefore, the amount of magnetic fluid in the interaction volume of the left coil will increase, and the right one will decrease. Therefore, the quality factor and AC voltage on the right coil will increase, and the quality factor and AC voltage on the left coil will decrease. The registered changes in the variable components of the stresses on the coils located along the Y axis determine the direction of rotation (by the sign of the result) and the value of the rotation angle of the acceleration sensor around the Y axis, which together are the angular coordinate of the acceleration sensor, in accordance with the formula:
ψ x = P • [(U y1 -U y1 0 ) - (U y2 -U y2 0 )], (2)
where P is a predefined variable parameter depending on the angle of rotation, depending on the geometric dimensions of the elements of the acceleration sensor and the properties of the magnetic fluid for a given value of the constant component of the magnetic field in the magnetic fluid,
U yi is the current value of the amplitude of the variable component of the voltage at the i-th output of the acceleration sensor 1 corresponding to the Y axis,
U yi 0 is the value of the amplitude of the variable component of the voltage at the ith output of the acceleration sensor 1 corresponding to the Y axis at zero value of the angle of rotation of the acceleration sensor around the X axis.
Угловую координату ψy, описывающую поворот датчика ускорения вокруг оси Y, определяют по формуле, аналогичной (2). Поскольку зависимость ψ (Uy1, Uy1 0, Uy2, Uy2 0) носит периодический характер с периодом 180o, то однозначное определение углов поворота датчика ускорения вокруг осей X и Y возможно при выполнении условия - 90o < ψi < 90o. При повороте датчика ускорения на угол, превышающий 180o, для обеспечения однозначного определения величины угла поворота необходимо подсчитывать число пройденных экстремумов зависимости ψ (Uy1, Uy1 0, Uy2, Uy2 0). Подсчет пройденных экстремумов может выполняться как программным обеспечением реализующего предлагаемый способ устройства, так и программным обеспечением ЭВМ, на которую поступает координатная информация.The angular coordinate ψ y, which describes the rotation of the acceleration sensor around the Y axis, is determined by a formula similar to (2). Since the dependence ψ (U y1 , U y1 0 , U y2 , U y2 0 ) is periodic with a period of 180 o , an unambiguous determination of the rotation angles of the acceleration sensor around the X and Y axes is possible if the condition - 90 o <ψ i <90 o . When the acceleration sensor is rotated by an angle exceeding 180 o , to ensure an unambiguous determination of the angle of rotation, it is necessary to calculate the number of passed extrema of the dependence ψ (U y1 , U y1 0 , U y2 , U y2 0 ). The calculation of the passed extremes can be performed both by software that implements the proposed method of the device, and by computer software, which receives coordinate information.
Рассчитанные по формулам (1) и (2) значения трех компонентов линейного ускорения и угловых координат датчика ускорения объединяют в "пакет", который передают на ЭВМ. Полученная информация интерпретируется программным обеспечением ЭВМ в соответствии с решаемой данным пакетом программного обеспечения задачей. The values of the three components of linear acceleration and the angular coordinates of the acceleration sensor calculated by formulas (1) and (2) are combined into a “package”, which is transmitted to a computer. The received information is interpreted by computer software in accordance with the task being solved by this software package.
Рассмотрим упрощенную модель процесса определения угловых координат датчика ускорения на примере поворота на 90o вокруг оси Y. Пусть замкнутый объем датчика ускорения имеет форму сферы радиусом 2r, а инерционное тело - форму шара радиуса r. Пусть в положении равновесия центр инерционного тела смещен от центра замкнутого объема по вертикальной оси Z на r/2. Кроме того предположим, что рассеиваемая в магнитной жидкости мощность P переменного магнитного поля каждой катушки индуктивности пропорциональна расстоянию от внутренней поверхности замкнутого объема до инерционного тела 1, измеренному по оси каждой катушки индуктивности, то есть Pi = K•li. В случае, когда величина добротности катушки определяется в основном количеством и свойствами магнитной жидкости, можно сказать, что Pi = k•ii 2•Ri, где ii - амплитуда переменной составляющей тока катушки, Ri - эквивалентное сопротивление шунтирования катушки, определяемое магнитной жидкостью. При равенстве амплитуд переменных составляющих токов через каждую катушку индуктивности получаем, что l1/l2=R1/R2, или в соответствии с законом Ома, l1/l2=U1/U2, где Ui - амплитуды переменных составляющих напряжений на катушках. Рассмотрим два положения датчика ускорения:
1) Ось X расположена горизонтально, ось Z - вертикально.Consider a simplified model of the process of determining the angular coordinates of an acceleration sensor using the example of a 90 ° rotation around the Y axis. Let the closed volume of the acceleration sensor have the shape of a sphere with a radius of 2r and the inertial body the shape of a ball of radius r. Let the center of the inertial body in the equilibrium position be displaced from the center of the closed volume along the vertical axis Z by r / 2. In addition, suppose that the power P of the alternating magnetic field of each inductor dissipated in a magnetic fluid is proportional to the distance from the inner surface of the enclosed volume to the inertial body 1, measured along the axis of each inductor, that is, P i = K • l i . In the case when the value of the Q factor of the coil is determined mainly by the quantity and properties of the magnetic fluid, we can say that P i = k • i i 2 • Ri, where i i is the amplitude of the variable component of the coil current, R i is the equivalent resistance of the coil shunt, determined magnetic fluid. If the amplitudes of the alternating components of the currents through each inductor are equal, we obtain that l 1 / l 2 = R 1 / R 2 , or in accordance with Ohm's law, l 1 / l 2 = U 1 / U 2 , where U i are the amplitudes of the variables component voltages on the coils. Consider two positions of the acceleration sensor:
1) The X axis is horizontal, the Z axis is vertical.
2) В результате поворота вокруг оси Y ось X расположена вертикально (поворот на 90o по отношению к положению 1).2) As a result of rotation around the Y axis, the X axis is vertical (90 ° rotation with respect to position 1).
Для катушек, расположенных по оси X, легко показать, что в случае (1) расстояния до инерционного тела от каждой катушки индуктивности равны: l1 = l2 = 2r-√3r/2 = r×(4-√3)/2 .
В случае (2) по принятым условиям модели l1 = r/2, l2 = 3r/2.For coils located along the X axis, it is easy to show that in case (1), the distances to the inertial body from each inductance coil are equal: l 1 = l 2 = 2r-√3r / 2 = r × (4-√3) / 2 .
In case (2), according to the accepted model conditions, l 1 = r / 2, l 2 = 3r / 2.
При этом в случае (1) амплитуды переменных составляющих напряжений на катушках равны U1=U2=k•i•l1 = k•i•r•(4 - √3 )/2 = U0; соответственно в случае (2) U1 = k•i•r/2, U2 = 3•k•i•r/2.Moreover, in case (1), the amplitudes of the alternating components of the voltages on the coils are U 1 = U 2 = k • i • l 1 = k • i • r • (4 - √3) / 2 = U 0 ; accordingly, in case (2), U 1 = k • i • r / 2, U 2 = 3 • k • i • r / 2.
Для численной оценки значения угла поворота датчика ускорения используем величину Δ U = U1-U2, при этом в случае (1) Δ U = 0, а в случае (2) Δ U = k•i•r.For a numerical estimation of the angle of rotation of the acceleration sensor, we use the quantity Δ U = U 1 -U 2 , while in case (1) Δ U = 0, and in case (2) Δ U = k • i • r.
Таким образом при повороте датчика ускорения вокруг оси Y на 90o происходит изменение Δ U с 0 до ± k•i•r (знак результата определяет направление вращения), причем по сравнению с амплитудой сигнала на каждой из катушек, соответствующей нулевому углу поворота датчика ускорения, величина изменения составляет Δ U/U0 = 2•(k•i•r)/(k•i•r)/(4 - √3 ) = 0,882, или 88% от исходного уровня сигнала. Таким образом проведенная оценка доказывает высокую чувствительность предлагаемого способа определения углов поворота датчика ускорения вокруг осей X и Y. Кроме того при повороте датчика ускорения разность переменных составляющих напряжений на соответствующих катушках пропорциональна величине угла поворота, а при перемещении датчика ускорения в пространстве разность переменных составляющих напряжений на катушках, расположенных по оси, вдоль которой действует вызванное перемещением ускорение, пропорциональна величине ускорения. Следовательно, сигналы, содержащие информацию о перемещении и вращении датчика ускорения, легко разделить по спектру, что упрощает их регистрацию и расчет по полученным данным угловых координат, предназначенных для передачи на ЭВМ.Thus, when the acceleration sensor rotates around the Y axis by 90 o , Δ U changes from 0 to ± k • i • r (the sign of the result determines the direction of rotation), moreover, compared with the signal amplitude on each of the coils corresponding to the zero rotation angle of the acceleration sensor , the magnitude of the change is Δ U / U 0 = 2 • (k • i • r) / (k • i • r) / (4 - √3) = 0.882, or 88% of the initial signal level. Thus, the assessment proves the high sensitivity of the proposed method for determining the rotation angles of the acceleration sensor around the X and Y axes. In addition, when the acceleration sensor is rotated, the difference in the alternating voltage components on the corresponding coils is proportional to the rotation angle, and when the acceleration sensor is moved in space, the difference in the alternating voltage components is coils located along the axis along which the acceleration caused by the displacement acts is proportional to the magnitude of the acceleration. Therefore, the signals containing information about the movement and rotation of the acceleration sensor are easily divided by spectrum, which simplifies their registration and calculation of the angular coordinates obtained by the data for transmission to a computer.
Из вышесказанного следует, что предлагаемый способ ввода информации в ЭВМ обеспечивают независимое восприятие перемещения по трем пространственным координатам и поворотов вокруг двух пространственных осей, таким образом выходной сигнал устройства содержит информацию о пяти независимых координатах. From the foregoing, it follows that the proposed method of inputting information into a computer provides an independent perception of movement along three spatial coordinates and rotations around two spatial axes, thus the output signal of the device contains information about five independent coordinates.
Использование оценки перемещений инерционного тела по изменению добротностей соответствующих катушек индуктивности обеспечивает высокую чувствительность устройства. Using estimates of the inertial body displacements by changing the Q factors of the respective inductors provides high sensitivity of the device.
Предлагаемый способ может быть использован для ввода координат, графической и управляющей информации, следовательно реализующее предлагаемый способ устройство является удобным инструментом для работы с интерактивными пакетами, требующими управления объектами в пространстве (компьютерные игры, объемное конструирование и т. д.). The proposed method can be used to enter coordinates, graphic and control information, therefore, the device that implements the proposed method is a convenient tool for working with interactive packages that require control of objects in space (computer games, volumetric design, etc.).
Предлагаемый способ ввода информации в ЭВМ реализуется с помощью устройства, функциональная схема которого представлена на чертеже. Приняты следующие обозначения: Ux1, Ux2 - напряжения на выходах датчика ускорения, соответствующих оси X; Uy1, Uy2 - напряжения на выходах датчика ускорения, соответствующих оси Y; Uz1, Uz2 - напряжения на выходах датчика ускорения, соответствующих оси Z.The proposed method of entering information into a computer is implemented using a device whose functional diagram is shown in the drawing. The following notation is accepted: U x1 , U x2 - voltage at the outputs of the acceleration sensor corresponding to the X axis; U y1 , U y2 - voltage at the outputs of the acceleration sensor corresponding to the Y axis; U z1 , U z2 - voltage at the outputs of the acceleration sensor corresponding to the Z axis.
Устройство для ввода информации в ЭВМ содержит датчик ускорения 1, включающий симметричное инерционное тело - шар 2, выполненное из немагнитного материала (например, из пластмассы), которое помещено в замкнутый объем, заполненный магнитной жидкостью 3, и три пары источников магнитного поля 4, расположенных попарно вокруг замкнутого объема с магнитной жидкостью 3 по трем взаимно перпендикулярным осям, блок преобразования сигнала 5 и переключатели 6, причем источник магнитного поля 4 содержит последовательно соединенные генератор тока 7 и катушку индуктивности 8, вход которой является выходом источника магнитного поля 4, кроме того блок преобразования сигнала 5 включает 6-канальный АЦП 9, вычислитель 10, последовательный интерфейс 11, преобразователь уровней 12 и входной регистр 13, входы которого являются цифровыми входами блока преобразования сигнала 5, аналоговые входы блока преобразования сигнала 5 являются входами АЦП 9, выход которого соединен двунаправленной шиной с вычислителем 10, входным регистром 13 и последовательным интерфейсом 11, вход и выход которого соединены соответственно с выходом и входом преобразователя уровней 12, вход и выход которого являются входом и выходом устройства, причем выходы датчика ускорения 1 соединены с аналоговыми входами блока преобразования сигнала 5, цифровые входы которого подключены к выходам переключателей 6, один из которых выполняет функцию индикатора использования устройства оператором, а остальные формируют сигналы управления программным обеспечением ЭВМ. A device for inputting information into a computer contains an acceleration sensor 1, including a symmetrical inertial body - a ball 2 made of non-magnetic material (for example, plastic), which is placed in a closed volume filled with magnetic fluid 3, and three pairs of magnetic field sources 4 located pairwise around a closed volume with magnetic fluid 3 along three mutually perpendicular axes, the signal conversion unit 5 and the switches 6, and the magnetic field source 4 contains a series-connected current generator 7 and a coil the inductance 8, the input of which is the output of the magnetic field source 4, in addition, the signal conversion unit 5 includes a 6-channel ADC 9, a calculator 10, a serial interface 11, a level converter 12 and an input register 13, the inputs of which are digital inputs of the signal conversion unit 5 , the analog inputs of the signal conversion unit 5 are the inputs of the ADC 9, the output of which is connected by a bi-directional bus to the computer 10, the input register 13 and the serial interface 11, the input and output of which are connected respectively with the output and input of the level converter 12, the input and output of which are the input and output of the device, the outputs of the acceleration sensor 1 being connected to the analog inputs of the signal conversion unit 5, the digital inputs of which are connected to the outputs of the switches 6, one of which acts as an indicator of device use operator, and the rest form the control signals of computer software.
Для регистрации изменений добротности катушка индуктивности 8 может быть включена в параллельный резонансный контур. To record changes in the quality factor, the inductor 8 can be included in a parallel resonant circuit.
Аналоговые выходы блока преобразования сигнала 5, являющиеся выходами 6-канального ЦАП 14, подключены к управляющим входам источников магнитного поля 4, которые являются входами генераторов тока 7, а цифровые входы ЦАП 14 соединены двунаправленной линией связи с вычислителем 10. The analog outputs of the signal conversion unit 5, which are the outputs of the 6-channel DAC 14, are connected to the control inputs of the magnetic field sources 4, which are the inputs of the current generators 7, and the digital inputs of the DAC 14 are connected by a bi-directional communication line with the computer 10.
Различные варианты реализации управляемого напряжением генератора тока 7 на транзисторах и/или на операционных усилителях приведены в И. Хоровиц, У. Хилл "Искусство схемотехники" в 3-х томах, М., "Мир", 1993 г. Various options for implementing a voltage-controlled current generator 7 on transistors and / or on operational amplifiers are given in I. Horowitz, W. Hill, “The Art of Circuit Engineering” in 3 volumes, M., Mir, 1993.
В качестве основы блока преобразования сигнала 5 может быть использована микросхема МС68НС05В6, последовательные вход и выход которой подключены соответственно к выходу и входу преобразователя уровней, выполненного, например, на микросхеме ADM203. Микросхема МС68НС05В6 представляет собой 8-разрядный однокристалльный микроконтроллер, содержащий микропроцессорное ядро НС05,6 КБайт ПЗУ программ, 176 Байт ОЗУ, 8-канальный 8-разрядный АЦП с внутренним источником опорного напряжения, многофункциональный таймер, тактовый генератор, для работы которого достаточно подключить внешний кварцевый резонатор с пассивными фильтрующими цепями и последовательный интерфейс типа RS-232. Схема включения и подробное описание микроконтроллера приведены в "MC68HC05B6/D Technical Data" Rev. 3, 1995 г. As the basis of the signal conversion unit 5, the microcircuit MC68NS05B6 can be used, the serial input and output of which is connected respectively to the output and input of the level converter, made, for example, on the ADM203 microcircuit. The MC68NS05V6 microcircuit is an 8-bit single-crystal microcontroller containing the HC05.6 microprocessor core of program ROM, 176 byte of RAM, an 8-channel 8-bit ADC with an internal reference voltage source, a multifunction timer, a clock generator, for operation of which it is enough to connect an external crystal resonator with passive filtering circuits and serial interface type RS-232. The wiring diagram and detailed description of the microcontroller are given in "MC68HC05B6 / D Technical Data" Rev. 3, 1995
В качестве входящего в состав блока преобразования сигнала 5 6-канального ЦАП 14 может быть использована микросхема AD7228A, представляющая собой 8-канальный 8-разрядный ЦАП с внутренним источником опорного напряжения, работающий от единственного источника питания + 5В. As part of the signal conversion unit 5 of the 6-channel DAC 14, the AD7228A microcircuit can be used, which is an 8-channel 8-bit DAC with an internal reference voltage source operating from a single + 5V power supply.
Для создания в блоке преобразования сигнала дополнительных аналоговых входов может быть использована одна или несколько микросхем AD7828, представляющих собой 8 -канальное 8-разрядное АЦП, работающее от единственного источника питания + 5В, причем в качестве необходимого для работы АЦП опорного напряжения можно использовать отфильтрованное напряжение питания + 5В. To create additional analog inputs in the signal conversion unit, one or several AD7828 microcircuits can be used, which are an 8-channel 8-bit ADC, operating from a single + 5V power supply, and the filtered supply voltage can be used as the reference voltage necessary for the ADC to work + 5V.
Технические характеристики микросхем AD7228A и AD7828 приведены в "1996 short form designer's guide". Analog Devices 1996 г. Specifications for the AD7228A and AD7828 chips are given in the 1996 short form designer's guide. Analog Devices 1996
Микросхема ADM203, содержащая два канала преобразования логических сигналов с уровнями 0-+5В в сигналы стандарта RS-232 и два канала преобразования сигналов стандарта RS-232 в логические сигналы с уровнями 0 -+5 В работает от единственного источника питания + 5 В и не требует внешних пассивных элементов. Технические характеристики и схема включения ADM203 приведены в "ADM2XXL Family for RS - 232 Communications" Rev. 0, 1994 г. The ADM203 microcircuit containing two channels for converting logic signals with levels 0- + 5V to RS-232 signals and two channels for converting signals of standard RS-232 to logic signals with levels 0 - + 5 V operates from a single + 5 V power supply and not requires external passive elements. Specifications and wiring diagrams of the ADM203 are provided in the "ADM2XXL Family for RS - 232 Communications" Rev. 0, 1994
Устройство для ввода информации в ЭВМ, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом. Когда корпус устройства неподвижен и ось Z датчика ускорения 1 направлена вертикально, немагнитное инерционное тело 2 смещено от геометрического центра заполненного магнитной жидкостью 3 объема датчика ускорения 1 по оси Z. Такое положение инерционного тела обеспечивается созданием в магнитной жидкости 3 магнитного поля, напряженность которого нарастает от геометрического центра датчика ускорения 1, что приводит к возникновению выталкивающей силы, действующей на инерционное тело 2 со стороны распределенного в магнитной жидкости 3 магнитного поля и направленной к центру датчика ускорения, причем величина этой силы растет по мере удаления от геометрического центра датчика ускорения 1. Симметричная (например, шарообразная) форма инерционного тела 2, находящегося в сферическом объеме магнитной жидкости 3, обеспечивает приблизительное равенство толщины слоя магнитной жидкости 3 под каждым источником магнитного поля 4, расположенным по осям X и Y, в качестве которого использован генератор тока 7, нагруженный катушкой индуктивности 8, которая закреплена на поверхности замкнутого объема. Для измерения добротности катушек выходной сигнал генератора тока 7 содержит переменную составляющую. Амплитуда переменной составляющей выходного сигнала каждого генератора много меньше амплитуды постоянной составляющей (в случае использования в источнике магнитного поля 4 постоянного магнита выходной сигнал генератора тока может содержать только переменную составляющую, что позволяет снизить энергопотребление устройства). Амплитуды переменных составляющих выходного сигнала каждого генератора тока 7 близки между собой. Толщина слоя магнитной жидкости 3 под каждым источником магнитного поля 4, расположенным по осям X и Y, практически одинакова, что обеспечивает незначительный разброс добротностей соответствующих катушек индуктивности 8, следовательно, в состоянии покоя амплитуды переменных напряжений на соответствующих осям X и Y выходах датчика ускорения 1 практически равны. Поскольку для расчетов по формулам (1) и (2) используют фактические значения напряжений "покоя" на соответствующих катушках, то возникающая из-за разностей геометрических размеров и неточности регулировок разность добротностей катушек практически не увеличивает погрешности расчета результатов, кроме того разность добротностей катушек, расположенных по оси Z, обусловленная смещением инерционного тела 2 по вышеуказанной оси, не приводит к ошибочным результатам определения действующего вдоль оси Z ускорения. Угловая балансировка датчика ускорения 1 и регулировка динамического диапазона его выходных сигналов, выполняемая путем регулировки переменных составляющих сигнала генераторов тока, может осуществляться:
- по командам ЭВМ, поступающим с последовательного входа устройства, или программным обеспечением блока преобразования сигнала 5 путем изменения напряжений на выходах ЦАП 14, управляющих генераторами тока 7,
- непосредственной "ручной" настройкой параметров генераторов тока 7.A device for entering information into a computer that implements the proposed method, works as follows. When the device’s body is stationary and the Z axis of the acceleration sensor 1 is directed vertically, the non-magnetic inertial body 2 is offset from the geometric center of the volume of the acceleration sensor 1 filled with magnetic fluid 3 along the Z axis. This position of the inertial body is ensured by the creation of a magnetic field in the magnetic fluid 3, the intensity of which increases from the geometric center of the acceleration sensor 1, which leads to the emergence of a buoyant force acting on the inertial body 2 from the side of the magnet distributed in the magnetic fluid 3 field and directed toward the center of the acceleration sensor, and the magnitude of this force increases with distance from the geometric center of the acceleration sensor 1. The symmetrical (for example, spherical) shape of the inertial body 2 located in the spherical volume of the magnetic fluid 3 provides approximate equality of the thickness of the magnetic fluid layer 3 under each source of magnetic field 4, located along the axes X and Y, which is used as a current generator 7, loaded with an inductor 8, which is mounted on the surface of a closed volume. To measure the quality factor of the coils, the output signal of the current generator 7 contains a variable component. The amplitude of the variable component of the output signal of each generator is much smaller than the amplitude of the constant component (in the case of using a permanent magnet in the magnetic field 4, the output signal of the current generator can contain only the variable component, which reduces the power consumption of the device). The amplitudes of the variable components of the output signal of each current generator 7 are close to each other. The thickness of the layer of magnetic fluid 3 under each source of magnetic field 4, located along the axes X and Y, is almost the same, which provides a slight spread of the Q factors of the respective inductors 8, therefore, at rest, the amplitudes of the alternating voltages at the corresponding axes X and Y outputs of the acceleration sensor 1 almost equal. Since for calculations using formulas (1) and (2) the actual values of the “resting” stresses on the corresponding coils are used, the difference in the quality factors of the coils arising due to differences in geometric dimensions and inaccurate adjustments practically does not increase the error in calculating the results, in addition, the difference in the quality factors of the coils, located along the Z axis, due to the displacement of the inertial body 2 along the above axis, does not lead to erroneous results of determining the acceleration acting along the Z axis. The angular balancing of the acceleration sensor 1 and the adjustment of the dynamic range of its output signals, performed by adjusting the variable components of the signal of the current generators, can be carried out:
- by computer commands coming from the serial input of the device, or by the software of the signal conversion unit 5 by changing the voltages at the outputs of the DAC 14 controlling the current generators 7,
- direct "manual" setting of parameters of current generators 7.
Для сопряжения динамического диапазона изменения выходных напряжений датчика ускорения 1 с фиксированной шкалой АЦП микроконтроллера, входящего в состав блока преобразования сигнала 5, в блок АЦП 9 может быть включен 6-канальный усилитель переменного напряжения, включенный последовательно с входами АЦП микроконтроллера. С целью повышения соотношений (сигнал/шум) и (сигнал/помеха) на входе АЦП усилитель может включать активный фильтр. Для снижения требований к точности изготовления деталей и узлов датчика ускорения 1 и регулировке каналов усилителя, входящего в состав АЦП 9, фактические амплитуды напряжений на выходах датчика ускорения 1 в состоянии покоя, преобразованные в цифровую форму АЦП 9, запоминаются и используются для расчетов по формулам (1) и (2), выполняемых вычислителем 10. To couple the dynamic range of the output voltage of the acceleration sensor 1 with a fixed ADC scale of the microcontroller, which is part of the signal conversion unit 5, a 6-channel AC voltage amplifier connected in series with the ADC inputs of the microcontroller can be included in the ADC unit 9. In order to increase the ratios (signal / noise) and (signal / noise) at the input of the ADC, the amplifier may include an active filter. To reduce the requirements for the accuracy of manufacturing parts and assemblies of the acceleration sensor 1 and adjusting the channels of the amplifier included in the ADC 9, the actual voltage amplitudes at the outputs of the acceleration sensor 1 at rest, converted to digital form of the ADC 9, are stored and used for calculations by the formulas ( 1) and (2) performed by the calculator 10.
Пусть один из переключателей, выполняющий функцию индикатора использования устройства оператором, нажат. Напряжения с выходов датчика ускорения 1, преобразованные АЦП 9 в цифровую форму, поступают в вычислитель 10, где в соответствии с зарегистрированными изменениями амплитуд переменных составляющих напряжений периодически осуществляется процесс вычисления значений компонентов линейного ускорения а = {ax, ay, az} и угловых координат датчика ускорения ψ = {ψx,ψy} по формулам (1) и (2), включающий съем информации с каждого канала АЦП 9. Реализующая данный процесс программа хранится в ПЗУ микроконтроллера, входящего в блок преобразования сигнала 5, а необходимые для вычисления промежуточные величины вместе с результатами вычислений - в ОЗУ микроконтроллера. Примененный для реализации блока преобразования сигнала 5 микроконтроллер содержит микропроцессорное ядро НС05, позволяющее выполнять операции сложения, вычитания и умножения; ПЗУ и ОЗУ используемого микроконтроллера достаточно велики, таким образом написание программы вычисления по формулам (1) и (2) не представляет трудности. Программа расчета текущего значения ускорения выполняется вычислителем 10 через равные промежутки времени (величина промежутка формируется с помощью многофункционального таймера, который так же входит в состав микроконтроллера). Рассчитанные значения трех компонентов линейного ускорения, углов поворота вокруг осей X и Y и данные о состоянии переключателей 6 (например, нажатому оператором переключателю соответствует логический "0", а не нажатому - логическая "1"), объединяются программным обеспечением вычислителя 10 в пакет, который поступает на вход последовательного интерфейса 11 (реализованного в используемом микроконтроллере аппаратно), выполняющего преобразование параллельного двоичного кода в последовательный и добавление к пакету служебной информации (данные для синхронизации, обнаружения и исправления ошибок и т. д. ). С выхода последовательного интерфейса 11 пакет поступает на вход преобразователя уровней 12, преобразующего сигналы 5 В логики в соответствии с требованиями применяемого последовательного интерфейса. По линии связи пакет информации передается на ЭВМ, программное обеспечение которой интерпретирует полученные данные в соответствии с решаемой задачей. Например, программное обеспечение ЭВМ использует поступающую от предлагаемого устройства информацию для управления положением объекта в трехмерном пространстве, при этом перемещение управляемого объекта осуществляется только тогда, когда кнопка, управляющая одним из переключателей 6, нажата оператором (кнопка индикации использования устройства). Нажатие оператором других кнопок обеспечивает выделение объектов, работу с "всплывающими" меню и т. д. Общее количество переключателей 6 и соответствующих им кнопок может составлять до 5 (n ≅ 5).Let one of the switches, which acts as an indicator of device usage by the operator, be pressed. The voltages from the outputs of the acceleration sensor 1, converted by the ADC 9 into digital form, are supplied to the calculator 10, where, in accordance with the registered changes in the amplitudes of the variable voltage components, the process of calculating the values of the linear acceleration components a = {a x , a y , a z } and the angular coordinates of the acceleration sensor ψ = {ψ x , ψ y } according to formulas (1) and (2), which includes taking information from each channel of the ADC 9. The program that implements this process is stored in the ROM of the microcontroller included in the signal conversion unit 5, and intermediate values necessary for calculation together with the results of calculations - in the microcontroller RAM. The microcontroller used to implement the signal conversion block 5 contains a microprocessor core НС05, which allows performing operations of addition, subtraction, and multiplication; The ROM and RAM of the microcontroller used are quite large, so writing a calculation program using formulas (1) and (2) is not difficult. The program for calculating the current value of acceleration is performed by the calculator 10 at regular intervals (the size of the gap is formed using the multifunction timer, which is also part of the microcontroller). The calculated values of the three components of linear acceleration, rotation angles around the X and Y axes and data on the state of the switches 6 (for example, a logical “0” corresponds to a pressed switch and a logical “1” not pressed) are combined by the calculator 10 software into a package, which is fed to the input of the serial interface 11 (implemented in the used microcontroller in hardware), which converts the parallel binary code into serial and adds service information to the packet (data for synchronization, error detection and correction and the like. d.). From the output of the serial interface 11, the packet arrives at the input of the level converter 12, which converts the 5 V logic signals in accordance with the requirements of the applied serial interface. Over the communication line, the information packet is transmitted to a computer, the software of which interprets the received data in accordance with the task being solved. For example, the computer software uses the information received from the proposed device to control the position of an object in three-dimensional space, while the controlled object is moved only when the button controlling one of the switches 6 is pressed by the operator (device use indication button). Pressing other buttons by the operator provides selection of objects, work with pop-up menus, etc. The total number of switches 6 and their corresponding buttons can be up to 5 (n ≅ 5).
Использование нескольких датчиков ускорения в составе реализующего предлагаемый способ устройства для ввода информации в ЭВМ позволяет создать "виртуальный костюм" (датчики ускорения закреплены на теле и конечностях оператора), предназначенный для "обучения" роботов, создания тренажеров и компьютерных игр в виртуальной реальности. Необходимые для подключения дополнительных датчиков ускорения 1 каналы АЦП 9 могут быть организованы с помощью мультиплексирования имеющихся каналов АЦП, либо добавлением в состав блока преобразования сигнала 5 микросхем АЦП, цифровые выходы которых подключены к вычислителю 10 двунаправленной шиной. The use of several acceleration sensors as part of a device for inputting information into a computer that implements the proposed method allows creating a “virtual suit” (acceleration sensors are mounted on the operator’s body and limbs), designed for “training” robots, creating simulators and computer games in virtual reality. The ADC 9 channels necessary for connecting additional acceleration sensors 1 can be organized by multiplexing the available ADC channels, or by adding 5 ADC chips to the signal conversion unit, the digital outputs of which are connected to the computer 10 by a bi-directional bus.
Таким образом предлагаемый способ ввода информации ЭВМ позволяет осуществлять независимое манипулирование пятью координатами, представленными в виде двух угловых координат ψ = {ψx,ψy} и трех компонентов линейного ускорения а = {ax, ay, az}, по которым программным обеспечением ЭВМ могут быть вычислены скорость перемещения устройства в трехмерном пространстве и абсолютные значения трех мерных координат {x, у, z}. Начало отсчета для вычисления координат задается оператором (например, путем удержания оператором кнопки, управляющей одним из переключателей, в нажатом состоянии во время использования устройства).Thus, the proposed computer information input method allows for independent manipulation of five coordinates represented in the form of two angular coordinates ψ = {ψ x , ψ y } and three components of linear acceleration a = {a x , a y , a z }, according to which the program By providing computers, the speed of movement of the device in three-dimensional space and the absolute values of the three dimensional coordinates {x, y, z} can be calculated. The reference point for calculating the coordinates is set by the operator (for example, by keeping the operator holding the button that controls one of the switches pressed while using the device).
Примененный механизм регистрации перемещений инерционного тела по изменению добротностей катушек индуктивности обеспечивает высокую чувствительность, а следовательно, позволяет повысить точность ввода в ЭВМ угловых координат. The applied mechanism of detecting inertial body movements by changing the quality factors of inductors provides high sensitivity, and therefore, it allows to increase the accuracy of entering angular coordinates into a computer.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000105808/09A RU2173882C1 (en) | 2000-03-13 | 2000-03-13 | Method for entering information in computer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000105808/09A RU2173882C1 (en) | 2000-03-13 | 2000-03-13 | Method for entering information in computer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2173882C1 true RU2173882C1 (en) | 2001-09-20 |
Family
ID=48231242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000105808/09A RU2173882C1 (en) | 2000-03-13 | 2000-03-13 | Method for entering information in computer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2173882C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6985134B2 (en) | 1999-11-03 | 2006-01-10 | Innalabs Technologies, Inc. | Computer input device |
| US7061469B2 (en) | 2000-02-24 | 2006-06-13 | Innalabs Technologies, Inc. | Method of data input into a computer |
| US7292223B2 (en) | 2000-02-24 | 2007-11-06 | Innalabs Technologies, Inc. | Location tracking device |
| RU2480813C1 (en) * | 2012-01-10 | 2013-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный национальный исследовательский университет" | Method of determining coordinates of "space mouse" type manipulator and apparatus for realising said method |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0151959A1 (en) * | 1984-01-20 | 1985-08-21 | Wacom Co., Ltd. | Coordinate input device with display |
| SU1357986A1 (en) * | 1985-05-22 | 1987-12-07 | Войсковая Часть 27177-Л | Coordinate pick-up for graphic information read-out device |
| SU1411790A1 (en) * | 1987-01-23 | 1988-07-23 | Специальное Конструкторско-Технологическое Бюро "Модуль" Винницкого Политехнического Института | Device for input of handwritten data |
| US5134689A (en) * | 1987-08-24 | 1992-07-28 | Wacom Co., Ltd. | Coordinate input system and input implement used in the system |
| GB2263009A (en) * | 1991-12-30 | 1993-07-07 | Apple Computer | Write on display |
| RU2015564C1 (en) * | 1991-03-19 | 1994-06-30 | Леонович Эдуард Николаевич | Method of measuring three-dimensional coordinates |
| RU2067775C1 (en) * | 1993-05-28 | 1996-10-10 | Богомолов Валерий Павлович | Device for reading pictures of objects |
-
2000
- 2000-03-13 RU RU2000105808/09A patent/RU2173882C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0151959A1 (en) * | 1984-01-20 | 1985-08-21 | Wacom Co., Ltd. | Coordinate input device with display |
| SU1357986A1 (en) * | 1985-05-22 | 1987-12-07 | Войсковая Часть 27177-Л | Coordinate pick-up for graphic information read-out device |
| SU1411790A1 (en) * | 1987-01-23 | 1988-07-23 | Специальное Конструкторско-Технологическое Бюро "Модуль" Винницкого Политехнического Института | Device for input of handwritten data |
| US5134689A (en) * | 1987-08-24 | 1992-07-28 | Wacom Co., Ltd. | Coordinate input system and input implement used in the system |
| RU2015564C1 (en) * | 1991-03-19 | 1994-06-30 | Леонович Эдуард Николаевич | Method of measuring three-dimensional coordinates |
| GB2263009A (en) * | 1991-12-30 | 1993-07-07 | Apple Computer | Write on display |
| RU2067775C1 (en) * | 1993-05-28 | 1996-10-10 | Богомолов Валерий Павлович | Device for reading pictures of objects |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6985134B2 (en) | 1999-11-03 | 2006-01-10 | Innalabs Technologies, Inc. | Computer input device |
| US7295184B2 (en) | 1999-11-03 | 2007-11-13 | Innalabs Technologies, Inc. | Computer input device |
| US7061469B2 (en) | 2000-02-24 | 2006-06-13 | Innalabs Technologies, Inc. | Method of data input into a computer |
| US7292223B2 (en) | 2000-02-24 | 2007-11-06 | Innalabs Technologies, Inc. | Location tracking device |
| RU2480813C1 (en) * | 2012-01-10 | 2013-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный национальный исследовательский университет" | Method of determining coordinates of "space mouse" type manipulator and apparatus for realising said method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2168201C1 (en) | Computer data input device | |
| US7292223B2 (en) | Location tracking device | |
| US9455650B2 (en) | Two-dimensional locating method of motion platform based on magnetic steel array | |
| US7061469B2 (en) | Method of data input into a computer | |
| US10540021B2 (en) | Device for determining the position of an object in space | |
| CN104316037B (en) | A kind of bearing calibration of electronic compass and device | |
| RU2173882C1 (en) | Method for entering information in computer | |
| RU2494345C1 (en) | Multi-purpose wide-range test bench for monitoring of angular velocity metres | |
| RU2166203C1 (en) | Computer data input device | |
| RU2166735C1 (en) | Device for remote determination of coordinates and attitude of object (versions) | |
| RU2130619C1 (en) | Magnetometric device determining angular position of body (versions) | |
| CN118729920A (en) | Magnet positioning system and method | |
| Xiaojuan et al. | Comparison of three kinds of compensation algorithms based on magnetic sensors | |
| JPH10213405A (en) | Spherical body sensor | |
| RU2210060C2 (en) | Method for digital compensation of electromagnetic deviation of magnetic electronic compass and apparatus for performing the same | |
| CN113884109A (en) | Three-dimensional space free body position and vector motion sensor | |
| RU2119171C1 (en) | Gear for remote determination of coordinates and angular position of object (variants) | |
| RU2151405C1 (en) | Device determining position of object | |
| RU2138019C1 (en) | Device for remote fixing of position of object ( variants ) | |
| SU1064251A1 (en) | Method of determination of dipole field source magnetic moment and application point coordinates thereof | |
| JPH09311762A (en) | Three-dimensional operation detecting device | |
| RU2261456C1 (en) | Method and device for measuring parameters characterizing magnetization of object | |
| RU2152002C1 (en) | Device for remote determination of position of object ( versions ) | |
| RU2204851C1 (en) | Device for measuring flux density of mobile-object geomagnetic field | |
| Köck et al. | Multi-physics based system simulations for magnetic sensors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090314 |