Преобразователь угла поворота вала в последовательность импульсов

Преобразователь угла поворота вала в последовательность импульсов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в устройствах аналого-цифрового преобразования угловой информации. Целью изобретения является упрощение преобразователя за счет уменьшения объема оборудования при сохранении высокой разрешающей способности. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала, содержаищй синусно-косинусный датчик 1 угла , масштабный блок 3, суммо-разностный блок 4, блок 5 формирователей огибающих меандров и блок 6 сложения несущих, введен коммутатор 2 квадрантов , на управляющий вход которого подается сигнал управления с блока 6 сложения несущих. Введение коммутатора 2 квадрантов, управляемого с выхода блока 6 сложения несущих, позволило вести масштабирование только одного сигнала датчика угла, имеющего, диапазон высокого уровня, что обеспечило возможность вести обработку сигналов как в масщтабном блоке 3, так и в последующих блоках преобразователя с меньшим числом каналов. 1 3,п. ф-лы 5 8 ил. ;о ел

СОЮЗ СОБЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (5I) 1 Н 03 М 1/38

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4000573/24-24 (22) 30,12.85 (46) 07.04.87, Бюл, Ф 13 (72) А.С. Скворцов, М.A. Виноградов, В.И. Андрианов и Н.М, Гультяева (53) 68 1.325(088 .8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 413517, кл. С 08 С 9/04, 1974.

Авторское свидетельство СССР

N - 674069, кл, G 08 С 9/00, 1979.

Авторское свидетельство СССР

h" 830471, кл. Г 08 С 9/04, 1981. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА

ВАЛА В ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ИМПУЛЬСОВ (57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в устройствах аналого-цифрового преобразования угловой информации, Целью изобретения является упрощение преобразователя за счет уменьшения объема оборудования при сохранении высокой разрешающей способности, Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала, содержащий синусно-косинусный датчик 1 угла, масштабный блок 3, суммо-разностный блок 4, блок 5 формирователей огибающих меандров и блок 6 сложения несущих, введен коммутатор 2 квадрантов,на управляющий вход которого подается сигнал управления с блока 6 сложения несущих. Введение коммутатора 2 квадрантов, управляемого с выхода блока 6 сложения несущих, позвоР лило вести масштабирование только одного сигнала датчика угла, имеющего. диапазон высокого уровня, что обеспечило возможность вести обработку сигналов как в масштабном блоке 3, так и в последующих блоках преобразователя с меньшим числом каналов.

1 з,п, ф-лы. 8 ил, U = П .з1п >г. (1)

5 При этом с выхода датчика 1 снимаются напряжения

Сигналы U и П поступают на сигнальные входы коммутатора 2 квадрантов и на синусный и косинусный входы суммо-разностного блока 4 соответственно. В блоке 4 (фиг. 4) сигнал U, сравнивается с сигналами Ц, и U на элементах 12-1 и 12-2 сравнения с выЭ ходов которых снимаются сигналы U u

I 5

U соответственно, имеющие частоту вращения ротора датчика1 и представляющие собой огибающие, заполненные несущей типа меандр (фиг. 8, показаны только огибающие меандров) и сдви-, нутые между собой на 90 эл,град, и на 45 эл.грац. относительно огибаю(щих U u Uz соответственно.

Сигналы П и Уа с выхода сумморазностного блока 4 поступают на соответствующие усилители-формирователи 13-3 и 13-4 блока 5 формирователей (фиг, 5) огибающих меандров, с выхода которых снимаются сигналы U и U, заполненные несущей типа меандр (фиг. 8, показаны только огибающие меандров).

Сигналы U u U с выхода блока 6 формирователей огибающих меандров поступают на входы узла 14-2 устройства сложения несущих (фиг. 6), где осуществляется логическая функция (3) 1 130243

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах аналого-цифрового преобразования угло- вой информации, Целью изобретения является упрощение преобразовй еця при сохранении его высокой разрешающей способности, На фиг, 1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг,2 -10 схема коммутатора квадрантов; на фиг ° 3 — схема масштабного блока; на фиг. 4 — схема суммо-разностного блока; на фиг. 5 — схема блока формирователей огибающих меандров; на фиг,6 -15 схема блока сложения несущих; на фиг. 7 — схема типового узла блока сложения несущих соответственно, на фиг. 8 — диаграмма работы преобраэо вателя, 20

Преобразователь содержит синуснокосинусный датчик 1 угла, коммутатор

2 квадрантов, масштабный блок 3; суммо-разностный блок 4, блок 5 формирователей огибающих меандров, блок 6 сложения несущих.

Коммутатор 2 (фиг, 2) квадрантов содержит ключи 7-1 — 7-4 и инвертор 8, Масштабный блок 3 (фиг. 3) содер- 30 жит инвертор 9 и резистивные делители 10-1 — 10-6.

Суммо-разностный блок 4 (фиг, 4) содержит инвертор 1! и элементы 12-1—

12-8 сравнения, выполненные на дифференциальных усилителях, Блок 5 формирователей (фиг,5) огибающих меандров содержит усилителиограничители 13-1 — 13-10.

Блок 6 сложения (фиг. 6) несущих ао содержит узлы 14-1 — 14-8. Типовой узел (14-1 — 14-8) содержит (фиг. 7) инверторы 15-1, 15-2, элементы И 16 и 17, элементы ИЛИ 18 °

На диаграмме работы преобразова- 45 теля приняты следующие обозначения:

U u U -сигналы с выходов синусно1 2

f t косинусного датчика 1 угля; U, и П— сигналы с выходов коммутатора ? квадрантов П,, П П, с выхо 50 дов масштабного блока 3 UÔ 1, Ь2 Р, 1 \

U — сигналы с выходов

3 суммо-разностногo блока 4; U> — U>< сигналы с выходов блока 5; U,, U,ä, П, U, U U — сигналы с выхосигналы с выходов блока 6, Преобразователь работает следующим образом.

4 2

Синусно-косинусный датчик 1 угла записывается переменным напряжением

К U sin ро(sin t;

К U cos рс ° sinMt, (2) В результате последовательного объединения сигналов U и U< в соответ-ствии с выражением (3) на дополнительном выходе блока 6 сложения несущих формируется выпрямленный (продетектированный) сигнал управления U» имеющий частоту в 2 раза большую по отношению сигнала U (U ) и с перепа5 6 дами в моменты равенства (по абсолютному значению) напряжений U, и П датчика 1 угла. Детектирование сигналов осуществляется в узле 14-2 блока

6 сложения несущих в соответствии с его принципом действия, заключаюПв = +

Б = (+5 el.;

U„=f +c+;

U,„= С +2ас ;

= t +За< ;

+5 о(+ ась — 5z oL (./ °

-2 Ас - °

-3 с"-;

+б лс/; -асс;

+14Ы;

+12

-2м.

+ 10Ы; -Зм; +36д-Э

3 130243 щееся в том, что при поступлении на вход узла двух сигналов, заполненных несущей типа меандр, на его выходе образуется выпрямленный сигнал с логическим уровнем "1" в случае совпа5 дения фаз несущих и с логическим уровнем 0" в случае противоположных фаз несущих.

Сигнал U поступает на управляюЭ щий вход коммутатора 2 квадрантов и fg далее на инвертор 8 и управляющие входы второго ключа 7-2 первой пары ключей 7-1 и 7-2 и первого ключа 7-3 второй пары ключей 7-3 и 7-4, которые открываются на время, например, по- 15 ложительного потенциала (логический уровень "1").

Сигнал U с выхода инвертора 8 одч новременно поступает на управляющие входы первого ключа первой пары клюей 7-1 и 7-2 и второго ключа 7-4 второй пары ключей 7-3 и 7-4, При этом ключи 7 — 1 и 7-4 закрываются, поэтому на выходе первой пары ключей 7-1 и 7-2 появляется сигнал, поступающий 25 на информационный вход открытого в данный момент ключа, например 7-2, При отрицательном перепаде (логический уровень "0") сигнала U ц ключ

7-2 закрывается, а ключ 7-1 открыва — . 9 ется. Таким образом, на выходе первой пары ключей 7-1 и 7-2 поочередно с частотой сигнала U появляется то сигнал U, то сигнал U датчика 1 угла- Так как сигнал и4 имеет перепады 35, в моменты равенства амплитуд (по абсолютному значению) сигналов U„ è

Б2 датчика 1 угла и положительный потенциал сигнала Пз открывает ключ

7-1 и закрывает ключ 7-2 первой пары 40 ключей 7-1 и 7-2 в течение времени прохождения сигнала U с амплитудой в диапазоне (0-0,7)U, а отрицательный потенциал сигнала U „ закрывает ключ 7-1 и открывает ключ 7-2 первой пары ключей 7-1 и 7-2 для прохождения сигнала U датчика 1 также в те2 чение времени его изменения в диапазоне (0-0,7)VÄ, то на выходе первой пары ключей из сигналов U „ и U дат- 50

I чика 1 организуется сигнал U представляющий собой кусочно-непрерывную функцию с периодом, равным периоду

1 сигнала Uq(U) датчика 1 с изменением амплитуды в диапазоне (0-0,7)u„ 55 (фиг ° 8), Аналогичным образом работа— ют ключи 7-3, 7-4 в диапазоне (0,7-1).

В результате этого на выходе управляемого смесителя образуются два

4 4 сигнала U, и П, причем огибающая сигнала Б имеет диапазон изменения

1 амплитуды (О- 0,7) U, а огибающая

t сигнала U — диапазон изменения амплитуды (0,7 — 1) U что позволяет в дальнейшем масштабировать только

I сигналы большей амплитуды (Б ) .

Сигнал U, с выхода коммутатора 2 квадрантов поступает на вход опорного сигнала суммо-разностного блока 4, а сигнал U — на вход масштабного

2 блока 3.

В масштабном блоке 3 (фиг. 3) прямой сигнал U и проинвертированный сигнал инвертора 9 U< преобразуется в систему многоуровневых напряжений

I 1 1 1 I

2 — 1 дя э 23 а. 1 э у э 2з (фиг. 8, указанные сигналы изображены без несущей). При этом дискретность изменения амплитуды сигнала в масштабном блоке 3 определяется дискретностью изменения углового перемещения ь ротора датчика 1.

Многоуровневая система сигналов

I I 1 t

11 2-1 э Ъя з П 2-3 э П2-зь Б -д э Б с выходов масштабного блока 3 поступает на входы суммо-разностного блока 4, в котором указанные сигналы преобразуются в многофазную систему сигналов U„, Пв, 1, U Б, Ца, каждый

11 из которых по отношению к огибающейБ сдвинут по фазе огиба1рщей на угол дс, 2 лс, 3 ьы, 7Ы, бай, 5 ьЫ соответственно, имеющих за период изменения сигнала U следующую смену фаз:

U = (+7лд.; -7ad.; +2ьс ; -7М; +7ьсС) -б д.; +4ьн-; -би-; +бМ) Для этого в суммо-разностном блоI 1

P I.ке 4 сигналы U,,,Uà, U

1 f I

U >, Uq..q вычитаются с сигналомU

Сигналы U -U с суммо-раэностного

3 блока 4 поступают на входы блока 5 формирователей огибающих меандров, I I вырабатывающих сигналы П вЂ” U, заполненные несущей типа меандр. При этом фронты начальных положительных перепадов огибающих сигналов U„ -U, имеют сдвиг по отношению к фройту положительного перепада сигнала Бвана, 5 1302434

2 до, 3 дц, 7до, 6 дс 5 ды соответственно, а длительность положительных и отрицательных перепадов за период,, равный периоду сигнала U,,; ;ос"авля9 ет:

U÷ (+7М-; -7 3 +2 о ; -7 хо ; +76Ы1;

П8 +6 хо 6д +4 6 " +6до

U9 = (+56oJ- -5Ь<4.; +66 ; -5ЬЫ; +5hd.);

% - . 14 «-Э - о 9 - 9

= (+2М-; -2дФ; +12аФ; -2 ; +2ло );

+ 1 О

9 6 о1 у

8 11 о

+ Uz-О

9

1о oq

+ Uо5 U,2. о1 9

U иы U о1 У о2

U о3

1 9

Вых1 1о а о 4Ых 2 "о5 12

U 2 = L +Здс ; 23ас"

Г

Сигналы U — U с выходов блока 5 з м формирователей огибающих меандров поступают на входы блока 6 сложения несущих (фиг. 6), где осуществляются следующие логические функции:

l3 результате последовательного объединения сигналов У вЂ” U, в соответствии с выражением (4) на дополнительном выходе блока 6 сложения несущих формируется выпрямленный (продетектированный) сигнал управления

Up, а на основных выходах — два выпрямленных (продетектированных) сигHRJIB UBbtx 1 H tiBblx 2 относительно другого на угол аМ, со-.ф ответствующий 90 эл,град„

Детектирование сигналов осуществляется последовательно B узлах

14-1 — 14-8 устройства сложения несущих в с.оответствии с их принципом действия.

Сформированные сигналы Б „„, и

U. с выходов блока 6 сложения невь х а сущих представляют собой периодический двухразрядный код с дискретностью д< „ который может быть в дальнейшем использован для выработки импульсов приращений с последующим накоплением в счетчике. 5

Таким образом, введение в накапливаюший преобразователь угла поворота вала в код коммутатора квацрантов выходных сигналов датчика 1 угла при указанном его соединении позволяет вести масштабирование только одного сигнала при том же количестве уровней масштабирования, что обеспечивает возможность вести обработку сигналов как в масштабном блоке, так и в последующих блоках преобразователя с меньшим числом каналов †::ðåîáðàçîâàния. Это обеспечивает сокращение числа функциональных связей, уменьшение объема оборудования, повышение надежности и снижение стоимости преобразователя при сохранении высокой разрешающей способности.

Фор мул аизобретения

1. Преобразоват ель угла поворота вала в последовательность импульсов, содержащий синусно-косинусный датчик угла, масштабный блок, выходы которого соединены с одной группой входов суммо-разностного блока, выходы которого подключены к входам блока формирователей огибающих меандров, выходы которого соединены с входами блока сложения несущих, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения преобразователя, в него введены коммутатор квадрантов, информационные входы которого соепинены с выходами синусно-косинусного датчика угла, управляющий вход коммутатора квадрантов соединен с дополнительным выходом блока сложения несущих, первый выход коммутатора квадрантов подключен к опорчому вкоду суммо-разностного блока, второй выход коммутатора квадрачтов — к вкоду масштабного блока, выходы синусно-косинусного датчика угла соединены с другой группой входов суммо-разчостного блока, 2, Преобразователь по и. 1,, о т л и ч а ю шийся тем. что каммутатар квадрантов "одержи.-. четыре ключа и инвертор, вход которого является управляющим входом коммутатора кзадрантов и соединен с правляющими входами первого и второго ключей, выход инвертора подключен к управляющим входам третьего и четвертого ключей, информационные входы первого и четвертого, второго и третьего ключей попарно объединены и являются информационными входами коммутатора квадрантов, выходы первого и третьего, второго и четвертого ключей попарно объединены и являются выходами коммутатора квадрантов.

1302434

И, И

Ыу

Яbr

LLf

LL »

LL »

LLy

Й

1302434

Ug б

Vg

Vt 7

Уу йа

U12

Фиг.7

1302434

ОЪй8

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4

В

kg

И и

Qg

Иу

Qg

Иц

Q,g

Иц

Qyg

ИЫх 6ихЯ

Составитель М, Сидорова

Редактор Н, Гунько Техред Л.Олейник Коррeêòoð И. Муска

Заказ 1225/56 Тираж 902 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5 (S) а ® а Я

<9) (.g)

wg)

s((й)

x ()

N $e) о (Ф) ((Ф) а(® (+$