В станках с ЧПУ, промышленных роботах и в других технологических объектах в настоящее время широко применяют следящие приводы, которые обеспечивают не только заданную скорость движения или заданный параметр технологического процесса, но и автоматическое регулирование необходимых параметров с учетом всех возмущающих воздействий. Поэтому составной частью системы управления со следящим приводом является измерительная система действительного положения рабочих органов или действительного значения выходного параметра. Так как большинство датчиков дает сигнал измерения аналогового типа или сигнал унитарного кода, то измерительная система включает в себя аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для преобразования сигналов измерения в необходимый числовой код. Если измерительная система имеет кодовый датчик, то передача информации в УЧПУ из измерительной системы может происходить без предварительного преобразования.

На рис. 58 показана структурная схема измерительной системы с преобразованием сигнала измерения в числовой код АЦП. Обеспечение постоянного масштаба преобразования достигается синхронизацией блока питания датчиков (БПД) тактовой частотой ω, полученной в результате деления эталонной частоты ω₀ с помощью генератора импульсов (ГИ). Частота ω₀ также используется для заполнения интервала времени, образуемого короткими импульсами формирователей ФИ1 и ФИ2 в момент пересечения синусоидальным напряжением нулевой линии. Формирователь сдвига фазы (ФСФ) содержит кроме R—С-цепочки нуль-орган (компаратор), формирующий сигнал прямоугольной формы перехода к новому циклу. Преобразование фазового сдвига (2ϕ) (фазового сдвига сигнала синусно-косинусного вращающегося трансформатора СКВТ) относительно опорного напряжения в код осуществляется с помощью счетчика (Сч), на вход которого через вентиль И, управляемый триггером Т1, поступают импульсы ω₀ от генератора импульсов (ГИ), число которых составляет N_X (пропорционально интервалу 2ϕ, т. е. фазовому сдвигу сигнала датчика относительно опорного напряжения).

Следовательно, с помощью T1 на интервале времени 2ϕ идет заполнение счетчика числом Яж, которое пропорционально углу рассогласования. В этом случае в измерительной системе будут выполняться следующие соотношения: N_X /N = 2ϕ/360°; N = ω₀/ω_П = 2ⁿ, где N_X — число заполнения; N — число импульсов за период частоты питания (ω_П); ω₀ — эталонная частота; n — разрядность делителя частоты. Таким образом, N_X не зависит от ω₀, а зависит только от фазового сдвига 2ϕ. Благодаря удвоенному фазовому сдвигу 2ϕ относительно угла поворота разрешающая способность измерительной системы увеличивается. Однако имеет место повторение отсчета в диапазонах 0—180° и 180—360°. Эта неоднозначность исключается с помощью логической схемы (ЛС), которая анализирует состояние старшего разряда счетчика и двух старших разрядов делителя (ЛВ). Состояние выхода ЛС записывается в T2, по состоянию которого можно судить о диапазоне сигналов датчика (старший разряд или младший разряд). Для расширения диапазона измерения и повышения точности измерительной системы применяются два канала отсчета: канал грубого отсчета и канал точного отсчета с редукцией, выраженной двоичным или десятичным числом.

Освоение серийного производства широкой номенклатуры волоконно-оптических элементов и оптоэлектронных преобразователей в сочетании с достижениями микроэлектроники открывает большие возможности и все более привлекает внимание разработчиков к применению в СЧПУ АЦП, измерительных систем, построенных на базе оптоэлектроники и волоконной оптики, позволяющей резко повысить разрешающую способность измерительной системы и универсальность ее привязки к вычислительным устройствам системы управления. Кроме того, такая измерительная система имеет идеальную гальваническую развязку между входом и выходом и возможность получения с выходов измерительной системы любых весовых кодов (код двоичной, двоично-десятичной, десятичной, восьмиричной систем счисления и т. д.), полученных с помощью кодовых преобразователей датчиков. Для повышения технической характеристики АЦП используется нониусный эффект. Нониусная шкала в АЦП строится на базе геометрического нониусного эффекта. Суть его в том, что при взаимном перемещении двух шкал с различной ценой деления моменты совпадения двух геометрических структур (совпадение линейных величин в виде штрихов, растровых окон, круговых секторов и т. д.) чередуются.

На рис. 59, а дано одно из нониусных сопряжений линейного типа с растровыми окнами. Из рисунка следует следующее соотношение: ∆₀ɣ — ∆_H = ± ∆_Д, где  ∆₀ — шаг опорного растра (шаг основной шкалы); ɣ — модуль нониуса; ∆_H — шаг нониусной шкалы; ∆_Д — цена деления шкалы при нониусном дроблении. При входном импульсном сигнале Е_1і (см. рис. 59, б) на выходе нониусной шкалы формируется сигнал пилообразной формы Е_2і

Современная технология микроэлектроники открывает широкие возможности для создания микропленочных фотоэлектрических преобразователей перемещения в код. Это позволяет отказаться от кодовых масок и совместить цифровое кодирование и фотоэлектрическое преобразование в одном элементе, фотоприемнике.

Фотоприемник с циклическим кодом микропленочного типа изображен на рис. 59, в, где показана топология, т. е. схема расположения кодовых масок, токосъемников и шкал с нониусным эффектом. Фотоприемник (ФП) выполнен в виде измерительных пар по числу необходимых разрядов измерения. ФП включает в себя светочувствительные дорожки (2), заключенные между электродами 3, которые выполнены в виде профилированных пар, зубцы дорожек сдвинуты относительно друг друга; общий токосъемник в каждом разряде (4). Кроме того, в ФП введена дополнительная пара светочувствительных дорожек (1), идентичная дорожкам младшего разряда и сдвинутая относительно зубцов дорожки младшего разряда на половину ширины зубца ∆N/2. Все токосъемники (4) подключены к дешифратору кода.

Работа ФП заключается в следующем. Узкий световой поток Ф, сформированный растром объектива, засвечивает часть светочувствительных дорожек ФП при движении светочувствительной дорожки или светочувствительного зонда. Напряжение, снимаемое с дорожки, изменяется по линейно-пилообразному закону. При шести — восьми разрядах ФП обеспечивается разрешающая способность 0,2—0,5 мкм.

На рис. 60, а представлена структурная схема АЦП с применением ФП с циклическим кодом. Аналого-цифровой преобразователь измерительной системы включает в себя: многоразрядный циклический фотопреобразователь (ФП), дешифратор кода (Дш); генератор счетных импульсов (ГСИ); генератор импульсов питания (ГИП) для фотопреобразователя; генератор пилообразного напряжения (ГПН); триггер (Т) со схемой «И» для управления счетными импульсами; счетчик импульсов (СИ); амплитудные выпрямители (AВ1), (АВ2) и компаратор напряжения (КН).

В момент времени t₁ ГИП посредством триггера Т выдает двухполярные импульсы, кроме того, Т выходным сигналом запускает ГИИ (рис. 60, б), с помощью выходного сигнала Т схема «И» пропускает импульсы стандартных сигналов, подаваемых с ГСП на отрезке времени ∆t, которые заполняют СИ. Выходные сигналы ФП, поступающие на дешифратор циклического кода, преобразуются в параллельный двоичный код. Напряжение U_X, снимаемое со светочувствительной дорожки младшего разряда ФП, поступает на амплитудный выпрямитель АВ1, где усиливается и инвертируется в АВ2 [в АВ1 ограничивает выпрямленное напряжение клапан (Кл) за счет сравнения кода ДШ с опорным напряжением (U_CM), подаваемым на клапан 1, если U_X <0, то амплитудный выпрямитель АВ2 инвертирует сигнал АВ1. Таким образом, на выходе АВ2 при перемещении светового зонда формируются сигналы пилообразной формы (см. рис. 60, б). Посредством КН выходной сигнал АВ2 сравнивается с напряжением генератора пилообразного напряжения.

В момент равенства напряжений компаратор, срабатывая, отключает Т, который в свою очередь, перекрывая схему «И», прекращает поступление счетных импульсов с ГСИ (рис. 60, б, отрезок ∆t). Число импульсов, поступающих с ГСИ на СИ, пропорционально перемещению рабочего органа на циклическом отрезке Ах. При создании многооборотных АЦП угол — код могут использоваться винтовые нониусные сопряжения различных конструкций. Таким образом, в системах автоматического регулирования и СЧПУ широкое применение нашли следящие приводы с цифровым (числовым) управлением и цифровой измерительной системой.