Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код

Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано для согласования датчиков и исполнительных механизмов поворотного типа с управляющими ЭВМ. Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение преобразователя. Для этого в фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код, содержащий кольцевой источник света, измерительный диск, модуляционную диафрагму, М фотоприемников, на измерительном диске расположены N оптически прозрачных рисок, на модуляционной диафрагме расположены W±1 оптически прозрачных рисок, введены М суммирующе-вычитающих блоков, М усилителей-ограничителей и шифратор. Поставленная цель достигается за счет формирования сигналов от фотоприемников на выходе суммирующе-вычитающих блоков меньшей длительности, чем на выходе фотоприемников . 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 03 М 1/30

ГОСУДА P СТ В Е ННЫ И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗО6РЕТЕНИЯ (ъ

1(р

f(yg

F00 (р2 V

1сО

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4712103/24 (22) 26.05.89 (46) 23.06.91, Бюл. Ит 23 (72) E.Â. Горохов и В.А. Драчук (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N649008,,кл,,Н 03 M 1/30, 1978.

Авторское свидетельство СССР

М 1569986, кл, Н 03 M 1/30, 1988. (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД (57) Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано для согласования датчиков и исполнительных механизмов поворотного типа с управляющими ЭВМ. Цель изобретения — повышение быстродействия и упроИзобретние относится к области автоматического регулирования и может быть использовано для согласования датчиков и исполнительных механизмов поворотного типа с управляющими ЭВМ.

Цель изобретения — повышение быстродействия и упрощение преобразователя.

На фиг. 1 приведена структурная схема фотоэлектрического преобразователя угла поворота вала в код; на фиг. 2 — взаимное расположение рисок кодовой шкалы, рисок модуляционной диафрагмы и фотоприемников; на фиг, 3 — временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код содержит вал 1, подшипник 2, измерительный диск 3, на котором нанесены N оптически прозрачных рисок 4, модуляционную диафрагму 5, на которой нанесены и +1 оптически прозрачных рисок 6, кольцевой источник 7 света, М! Ы,, 1658379 А1 щение преобразователя. Для этого в фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код, содержащий кольцевой источник света, измерительный диск, модуляционную диафрагму, М фотоприемников, на измерительном диске расположены N оптически прозрачных рисок, на модуляционной диафрагме расположены W+1 оптически прозрачных рисок, введены М суммирующе-вычитающих блоков, М усилителей-ограничителей и шифратор. Поставленная цель достигается за счет формирования сигналов от фотоприемников на выходе суммирующе-вычитающих блоков меньшей длительности, чем на выходе фотоприемников. 3 ил. фотоприемников 8, М суммирующе-вычитающих блоков 9, каждый из которых выполнен в виде операционного усилителя 10 и регистров 11-15, М усилителей-ограничителей 16, шифратор 17 и выход 18.

На фиг. 2 приведен фрагмент проекции рисок измерительного диска 3 и модуляционной диафрагмы 5 и апертура фотоприемников преобразователя, в котором число рисок измерительного диска 3 по соображениям их графического представления ограничено числом N = 33 (в реальных преобразователях это число может доходить до нескольких тысяч). На этом фрагменте общее число фотоприемников М равно восьми, их обозначениям дополнительно присвоены индексы в соответствии с выходным кодом преобразователя, а рискам

4 измерительного диска 3 и рискам 6 модуляционной диафрагмы 5, совпадающим с апертурами фотоприемником 8-0, 8-1, 8-2 ..., 1658379

20,9 Р

NM присвоены индексы соответствующих фотоприемников 8, например риска 6-1модуляционной диафрагмы 5, совпадающая с фотоприемником 8-1.

Все углы измеряются относительно оси

ОУ по часовой стрелке. Угловое положение рисок 4 и фотоприемников 8 определяется угловым положением отрезков прямой, проходящих через центр 0 и середины соответствующих рисок 4, 6 и фотоприемников 8.

На схеме середина нулевого фотоприемника 8-0 лежит на оси OY и следовательно его угловое положение является нулевым, а угловые положения фотоприемников 8-1, 82, 8-3..., как равномерно расположенные flo окружности, составляют соответственно

2л 2л 2л

/ 1 = —, Pz = 2 —, Pg = 3 —...

М М М, Эти же значения угловых положений имеют и риски 6-0, 6-1, 6-2..., как совпадающие с соответствующими им фотоприемниками 8О, 8-1, 8-2....

В рассматриваемом преобразователе измерение углового положения а входного вала 1 определяется угловым положением нулевой риски 4-0 измерительного диска.

При этом грубому отсчету а «измеряемого угла а соответствует число угловых периодов следования рисок 4 измерительного диска 3 а>, содержащихся в угле, ограниченном риской 4-0 измерительного диска 3 и ближайшей от оси OY риской 4 измерительного диска 3, а точному отсчету а « — число долей периода а л, содержащихся в угловом положении ближайшей от оси ОУ риски 4 измерительного диска 3.

Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом, На фиг. 2 положение измерительного диска 3 соответствует нулевому углу поворота входного вала 1, так как середина его нулевой риски 4-0 совпадает с осью ОУ. При этом риска 4-0 измерительного диска совпадает с риской 6-0 модуляционной диафрагмы, Измерительный диск 3 содержит N рисок 4, а модуляционная диафрагма 5 N-1 равномерно расположенных по окружности рисок 6, и поэтому при совпадении риски

4-0 измерительного диска 3 и риски 6-0 модуляционной диафрагмы 5 следующая риска 5 измерительного диска 3 отстает от следующей риски 6 модуляционной диафрагмы 5 на величину Л, равную разности угловых периодов следования рисок 4 и 6 модуляционной диафрагмы 5 и измерительного диска 3, а отставание последней риски

4 измерительного диска 3 от последней ри5 ски 6 модуляционной диафрагмы 5 (уже совпадающей с ее риской 4-0) составляет период следования рисок 4 измерительного диска 3 а л. Но номер рисок 6 модуляционной диафрагмы 5 однозначно определя10 ет их угловое положение Р и поэтому величина у отставания рисок 4 измерительного диска 3 от соответствующих им по номеру рисок модуляционной диафрагмы 5 изменяется линейно от нуля до а л

15 при изменении углового положения /3 от нуля до 2л и в общем случае, С учетом того, 2л что a,- =—, определяется как

При совпадении риски 4-0 измерительного диска 3 с риской 6-0 модуляционной

25 диафрагмы 5 и с учетом угловых положений рисок 6-1, 6-2, 6-3... отставание рисок 6-1, 6-2, 6-3 ... модуляционной диафрагмы 5 составляет

30 2 =2 2> =3 2

)" NM У2 NM У3 NM "

Ширина д рисок 4 измерительного диска 3 и рисок 6 модуляционной диафрагмы

35 5 выбрана одинаковой и равной у, т.е.

40 в результате чего, как это изображено на схеме рис.2, при совпадении рисок 4-0 измерительного диска 3 и 6-0 модуляционной диафрагмы 5, риска 4-1 касается риски 6-1, зазор между рисками 4-2 и 6-2 составляет

45 величину д, зазор между рисками 4-3 и 6-3 равен 2д и т.д, Таким образом, при нулевом угле а входного вала 1 преобразователя только риски 4-0 и 6-0 имеют площадь их перекрытия, и световой поток от кольцевого источника 7 проходит через эти риски 4-0 и 6-0 и поступает на вход фотоприемника 8-0. При этом на выходе фотоприемника 8-0 возбуждается электрический сигнал Uo, а сигналы на выходах остальных фотоприемников U>, Uz, 0з ... отсутствуют (на диаграмме фиг, 3 эти сигналы положительны), В отсутствии сигналов

U> и Uz на вычитающих входах суммирующе-вычитающего блока 9, сигнал Uo npoxo1658379 дит блок 9, нормирующий усилитель-ограничитель 16 и поступает на нулевой вход шифратора 17, где преобразуется в цифровой код нулевого значения.

При повороте входного вала 1 на угол 5 ап а, равный —, т.е, на М-ю долю периода

М следования рисок 4 измерительного диска

3, и равный в свою очередь ширине д рисок 4 измерительного диска 3 и рисок 6 10 модуляционной диафрагмы 5, риска 4-0 опережает риску 6-0 на д, риски 4-1 и 6-1 совпадают, риска 4-2 отстает от риски 6-2 на д, риска 4-3 отстает от риски 6-3 на 2д и т.д„в результате чего световой поток от 15 источника 7 проходит через риски 4-1 и 6-1 и поступает на вход фотоприемника 8-1, а его выходной сигнал U1 через блок 9 и усилитель 16 формирует на выходе шифратора

17 цифровой код единичного значения. 20

Аналогично при повороте вала 1 на угол ап

2 — совпадают риски 4-2 и 6-2 и выходной

М сигнал О2 фотоприемника 8-2 формирует цифап 25 ровой код, равный двум, углу 3 — соответM ствует цифровой код, равный трем и т,д.

В общем случае, когда угол поворота вала 1 не кратный величине —, происходит ап

М 30 частичное перекрытие одной из рисок 4 измерительного диска 3 и одной из рисок 6 модуляционной диафрагмы 5, соответствующих двум соседним фотоприемникам 8, и на их выходах возникают сигналы. значения 35 которых меньше максимальных. В этом случае выходной цифровой код формируется по большему иэ выходных сигналов фотоприемников 8 оо результатам их сравнения в суммирующе-вычитающих блоках 9, для че- 40

ro эти сигналы. поступают на их суммирующие и вычитающие входы с одинаковыми коэффициентами их передачи по всем входам. T >к, например, если входной угол а леж,—, в пределах от — до 2 — ближе к ап ап 45

М M ап значению —, площадь перекрытия рисок

М

4-1 и 6-1 больше площади перекрытия рисок

4-2 и 6-2, то на вход фотоприемника 8-1 50 проходит больший световой поток, чем на вход фотоприемника 8-2 и поэтому выходной сигнал Ui фотоприемника 8 будет больше сигнала Uz фотоприемника 8-2.

Сигнал От подается на суммирующий вход блока 9-1 и на вычитающий вход блока

9-2, а сигнал Uz — на вычитающий вход блока

9-1 и суммирующий вход блока 9-2, Так как при этом сигналы Uo и Оэ отсутствуют, то выходной сигнал блока 9-1, как разность между сигналами Ui u Uz. будет положительным, а выходной сигнал блока 9-2, как разность между сигналами О1 и Ui — отрицательным. Положительный сигнал с выхода блока 9-1 нормируется усилителем 16-1 и кодируется шифратором 17 в единичное значение выходного кода, Таким образом, независимо от угла поворота вала 1 его значение однозначно кодируется цифровым кодом с погрешностью.

Формула изобретения

Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код, содержащий последовательно расположенные и оптически соединенные кольцевой источник света, измерительный диск, модуляционную диафрагму и М фотоприемников, расположенных равномерно по окружности, на измерительном диске расположены N оптически прозрачных рисок, расположенных равномерно по окружности, на модуляционной диафрагме расположены N+1 оптически прозрачных рисок, расположенных равномерно по окружности, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения преобразователя, в него введены М суммирующе-вычитающих блоков, М усилителей-ограничителей и шифратор, угловой размер д оптически прозрачных рисок выбран из соотношения

Д а (1 — 1 5) = 360 и М выход каждого фотоприемника соединен с суммирующим входом соответствующего суммирующе-вычитающего блока. первый вычитающий вход которого подключен к выходу предыдущего по расположению фотоприемника, второй вычитающий вход подключен к выходу последующего по расположению фотоприемника, выходы суммирующе-вычитающих блоков соединены через соответствующие усилители-ограничители с входами шифратора, выходы которого являются выходами преобразователя.

1658379 фиг.1

1658379

2б

1658379

U)

U

9-!

16

16

78

Составитель А, Сидоренко

Редактор В. Данко Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т. Малец

Заказ 1721 Тираж 473 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101