Устройство для измерения угла поворота объекта

Реферат

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения углов поворота роторов генераторов, подвижных узлов станков подвижного элемента ротационного вискозиметра и т.д. Техническим результатом является повышение точности. Результат достигается тем, что устройство содержит источник излучения, закрепленный на объекте отражатель объектов, кольцевой мультискан, усилитель, два компаратора, блок поиска, блок управления, блок коммутации, аналого-цифровой преобразователь, блок индикации и ключ, за счет этого уменьшается погрешность при изменении светового потока источника излучения и при смещении оси поворота объекта. 7 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения углов поворота, например роторов генераторов, подвижного элемента ротационных вискозиметров.

Известные устройства для измерения углов поворота (заявка N 3201163 ФРГ, опубл. 28.07.83; патент N 4352287 США, опубл. 05.10.82; патент N 57-5287 Япония, опубл. 29.01.82) отличаются значительной сложностью и ограниченной областью измеряемых углов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения угла поворота объекта (а.с. N 1185083 СССР), содержащее оптически сопряженные источник излучения, отражающий элемент, фотоприемник и схему обработки сигналов. Отражающий элемент выполнен в виде цилиндра с линейно изменяющимся по периметру коэффициентом отражения. О величине угла поворота объекта в устройстве-прототипе судят по величине отраженного от отражателя светового потока.

Недостатками этого устройства, принятого за прототип, является: во-первых, снижение точности измерений при флуктуациях светового потока источника излучения; во-вторых, снижение точности измерений при смещении оси поворота объекта, т. к. в этом случае величина светового потока зависит не только от угла поворота, но и от величины смещения оси поворота объекта; в-третьих, значительная сложность, связанная с необходимостью реализации отражателя с переменным по периметру цилиндра коэффициентом отражения.

В предлагаемом устройстве для измерения угла поворота объекта, включающем оптически сопряженные источник излучения, связанный с объектом отражатель с изменяющимся коэффициентом отражения, объектив и первичный преобразователь светового потока, а также схему обработки сигналов, схема обработки сигналов содержит последовательно включенные согласующий усилитель, аналого-цифровой преобразователь и блок индикации, а также первый и второй компараторы, блок поиска, блок управления, блок коммутации и ключ, при этом первичный преобразователь выполнен в виде кольцевого мультискана, сигнальный выход кольцевого мультискана подключен к согласующему усилителю, выход последнего соединен с входами первого и второго компараторов, выходы компараторов соединены с первыми и вторыми входами блока поиска и блока управления, третий вход блока поиска соединен с ключом, выход блока поиска подключен к третьему входу блока управления, выход блока управления соединен с вторым входом блока индикации и входом блока коммутации, выходы блока коммутации соединены с входами питания кольцевого мультискана, а отражатель выполнен в виде диска с нанесенным на него изображением в форме сегментов различной отражающей способности.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемое устройство для измерения угла поворота отличается наличием новых узлов и блоков. А именно выполнением первичного преобразователя светового потока, реализацией схемы обработки сигналов и выполнением отражателя.

Таким образом заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Положительный эффект изобретения проявляется в увеличении точности измерений при флуктуациях светового потока источника излучения и при смещении оси поворота объекта.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 кольцевой мультискан и изображение отражателя в картинной плоскости; на фиг.3 - характеристики кольцевого мультискана; на фиг.4,5 работа устройства при смещении оси поворота объекта; на фиг.6 пример конкретной реализации блоков поиска, управления и коммутации; на фиг.7 то же, блока индикации.

Устройство содержит (фиг.1) объект 1, закрепленный на объекте отражатель 2, источник излучения 3, объектив 4, кольцевой мультискан 5, согласующий усилитель 6, первый и второй компараторы 7, 8, блок 9 поиска, рабочего участка характеристики мультискана, блок 10 управления, блок 11 коммутации, аналогово-цифровой преобразователь 12, блок 13 индикации и ключ 14.

Оптический канал устройства включает оптически сопряженные источник излучения 3, отражатель 2, объектив 4 и светочувствительную поверхность кольцевого мультискана 5. Сигнальный выход кольцевого мультискана 5 подключен через согласующий усилитель 6 к входам первого и второго компараторов 7, 8 и аналого-цифрового преобразователя 12. Входы питания кольцевого мультискана 5 соединены с выходами блока 11 коммутации. Выходы первого и второго компараторов 7, 8 подключены к первому и второму входам блока 9 поиска и блока 10 управления. Выход блока 9 поиска соединен с третьим входом блока 10 управления, а выход последнего с входом блока 11 коммутации и вторым входом блока 13 индикации, первый вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 12. Третий вход блока 9 поиска соединен с ключом 14.

Устройство работает следующим образом. Закрепленный на объекте 1 отражатель 2 с нанесенным на него изображением в виде сегментов различной отражающей плотности освещается источником излучения 3.

Изображение отражателя 2 проецируется с помощью объектива 4 на светочувствительную поверхность кольцевого мультискана 5. На два смежных входа питания кольцевого мультискана 5 подается постоянное напряжение +E1 и -E2 с выхода блока 11 коммутации. Напряжение на сигнальном выходе кольцевого мультискана 5 при этом соответствует положению энергетического центра светового пятна на освещенном сегменте кольцевого мультискана 5 (Берковская К.Ф. Кириллова Н. В. Подласкин Б.Г. и др. Многоэлементный фотоприемник мультискан. ЖТФ, 1983, вып.10, N 53, с.2015 2023).

Предположим, что изображение отражателя 2 занимает положение, показанное на фиг.2, и на входы питания кольцевого мультискана 5 поданы напряжения: +E1 на вход (c), -E2 на вход (d). Тогда центр яркостного пятна будет расположен в центре освещенной светочувствительной части кольцевого мультискана 5. Соответственно напряжение на сигнально выходе кольцевого мультискана 5 будет пропорционально углу между осью ОХ, принятой за начало отсчета, и радиус-вектором OA, проходящим через точку К, находящейся в середине дуги MNK. Причем вектор OA перпендикулярен линии M1-N1, делящей изображение отражателя 2 на сегменты различной отражающей плотности. Таким образом угловое положение отражателя 2, связанного с объектом 1, характеризуется напряжением на сигнальном выходе кольцевого мультискана 5.

Однако напряжение на сигнальном выходе кольцевого мультискана 5 зависит не только от угла a но и от того, на какие входы питания кольцевого мультискана 5 подано напряжение. Кривые напряжения на сигнальном выходе кольцевого мультискана 5 в функции угла a поворота отражателя 2 приведены на фиг.3. Кривая Uab() соответствует подаче напряжения +E1 на вход (a), -E2 на вход (b). Кривая Ubc() подаче напряжения +E1 на вход (b), -E2 на вход (c). Кривая Ucd() подключению напряжения +E1 на вход (c), -E2 на вход (d). И кривая Uda() подключения напряжения +E1 на вход (d), а -E2 на вход (a). При этом угол отсчитывается, как показано на фиг.2.

Для достижения высокой точности измерений угла поворота объекта в устройстве используются линейные возрастающие участки характеристики U() Например, в диапазоне изменения угла -45 < < +45 используется характеристика Ucd(). Линейные участки характеристик ограничены сверху и снизу значениями напряжений Ucp1 и Ucp2 соответственно.

На начальном этапе работы устройства производится поиск рабочего участка характеристики кольцевого мультискана 5.

Процесс поиска начинается после замыкания ключа 14. При этом блок 9 поиска переключается в режим поиска.

Процесс поиска осуществляется по следующему алгоритму.

Пусть блок 11 коммутации в начале процесса поиска подает напряжение +E1 на вход питание (a), а напряжение -E2 на вход питания (b). Напряжение на сигнальном выходе кольцевого мультискана 5 характеризуется кривой Uab() Это напряжение поступает через согласующий усилитель 6 на входы первого и второго компараторов 7, 8.

Если напряжение на входе первого компаратора 7 превышает напряжение сравнения Ucp1, то на его выходе формируется сигнал логической 1 (x1=1), в противном случае сигнал 0 (x1=0) (лог.1 и лог.0).

Второй компаратор формирует сигнал логической 1 (x2=1), если сигнал на его входе меньше -Uср2, и сигнал лог. 0 (x2=0) в противном случае. Значения сигналов x1, x2 для различных уровней напряжений на сигнальном выходе мультискана 5 показаны на фиг.3.

С выходов компараторов 7, 8 логические сигналы поступают на входы блока 9 поиска. Блок 9 поиска вырабатывает сигналы, поступающие на третий и четвертый входы блока 10 управления. Блок 10 управления формирует сигналы, поступающие на блок 11 коммутации, и последний осуществляет последовательное переключение напряжений питания +E1, -E2 на пары смежных входов питания кольцевого мультискана 5 (переключение происходит в направлении против хода часовой стрелки).

Если на n-ом шаге поиска на входе блока 9 поиска возникает комбинация логических сигналов x1=0, x2=0, то производится дополнительный (n+1)-ый поисковый шаг. И если на (n+1)-ом шаге значение x2=1, то поиск прекращается, и происходит возврат на n-ый шаг, т.е. напряжения питания +E1, -E2 подаются на те входы питания кольцевого мультискана 5, которые были подключены на n-ом шаге. Если же x2=0, то поиск продолжается по тому же алгоритму.

Предположим, что при пуске устройства отражатель 2 занимает положение, показанное на фиг.2, угол разворота объекта -45 < < 45 а напряжение на сигнальном выходе кольцевого мультискана 5 при этом описывается кривой Uab() В зависимости от конкретного значения угла в диапазоне его изменения от -45o до +45o логические сигналы на выходе первого и второго компараторов 7 и 8 могут принимать следующие значения: x1=0, x2=1; х1=0, x2=0; x1= 1, x2=0.

Пусть при пуске устройства выполняется x1=0, x2=1 (или x1=1, x2=0). В соответствии с описанным алгоритмом производится следующий шаг: блок 11 коммутации переключает напряжения питания +E1 и -E2 на входы питания (b)-(c) соответственно. Кольцевой мультискан переходит на характеристику Ubc() и сигналы на выхода- компараторов 7, 8 примут значения x1=1, x2=0. Так как условие x1= 0, x2=0 не выполняется, поиск продолжается: блок 11 коммутации переключает напряжения +E1, -E2 на входы (c)-(d) питания кольцевого мультискана 5 соответственно. Кольцевой мультискан 5 переходит на характеристику Ucd() При этом значения логических сигналов будут: x1=0, x2=0. Блок 9 поиска выдает через блок 10 управления сигнал на блок 11 коммутации и производится следующее переключение. В результате напряжения +E1, -E2 подаются на входы питания (d)-(a) кольцевого мультискана 5 соответственно. Напряжение на сигнальном выходе кольцевого мультискана 5 описывается кривой Uda() и сигнал на выходе второго компаратора x2=0. Это является признаком окончания поиска на выходе блока 9 поиска формируются сигналы, которые поступают через блок 10 управления на блок 11 коммутации и приводят к переключения напряжений +E1, -E2 на входы питания (c)-(d) мультискана 5. На этом процесс поиска заканчивается, и устройство далее работает в режиме измерений на характеристике Ucd() Если при пуске устройства выполняется x1=0, x2=0, то в соответствии с описанным алгоритмом блок 9 поиска выдает через блок 10 управления сигнал на блок 11 коммутации и производится следующее переключение, соответствующее дополнительному шагу. В результате напряжения +E1, -E2 подаются на входы питания (b)-(c) кольцевого мультискана 5 соответственно. Напряжение на сигнальном выходе кольцевого мультискана 5 описывается кривой Ubc() Так как сигнал на выходе второго компаратора x2=0, то поиск продолжается, как описано выше.

В связи с тем, что в процессе работы устройства происходит переключение входов питания кольцевого мультискана 5 и используются различные участки его характеристик, измеряемое значение угла определяется следующим образом. Напряжение с сигнального выхода кольцевого мультискана 5, зависящее от угла поворота отражателя 2, связанного с объектом 1, преобразуется в аналогово-цифровым преобразователем 12 в код Nc и поступает на блок 13 индикации. Кроме того, на блок 13 индикации со второго выхода блока 10 управления поступает код Nсм, соответствующий используемой характеристике кольцевого мультискана 5. При этом индицируемое значение угла поворота объекта определяется кодом Nи Nсм + Nс, В частности, в случае, когда напряжения питания +E1, -E2 поданы соответственно на входы питания (c)-(d) кольцевого мультискана и он работает на характеристике Ucd() код Nсм=0.

Если используется характеристика Uda() то Nсм соответствует 90o; при работе на характеристике Uab() Nсм соответствует 180o; и при работе на характеристике Ubc() 270o.

При работе устройства в режиме измерений переключение напряжений на входах питания кольцевого мультискана 5 и изменение значения кода Nсм происходит при достижении пороговых значений угла что контролируется по величине напряжения на сигнальном выходе кольцевого мультискана 5.

Если, например, при работе в режиме измерений угол a возрастает, то при достижении им значения 45o, на выходе первого компаратора 7 сигнал изменяет значение с уровня лог. 0 до уровня лог.1. При этом блок 10 управления выдает на блок 11 коммутации сигнал на переключение напряжения на входы питания (d)-(c) кольцевого мультискана 5, и происходит переход на характеристику Uda() Одновременно с переключением входов питания кольцевого мультискана 5 на втором выходе блока 10 управления формируется код смещения Nсм, соответствующий 90o. Благодаря этому на выходе блока 13 индикации индицируется измеряемое значение угла поворота объекта с учетом используемой характеристики кольцевого мультискана 5.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает непрерывное измерение угла поворота объекта в пределах от 0 до 360o.

Предлагаемое устройство обеспечивает инвариантность результатов измерений при смещении оси поворота объекта относительно центра светочувствительной поверхности кольцевого мультискана 5. Это утверждение можно пояснить следующими рассуждениями. Предположим (фиг.4) в исходном положении ось поворота отражателя 2, связанного с объектом 1, совпадает с центром 0 светочувствительной поверхности кольцевого мультискана 5. Угол поворота объекта 1 при этом характеризуется радиус-вектором ОА, проходящим через середину сегмента MKN кольцевого мультискана 5. Предположим произошло смещение оси вращения объекта 1 и связанного с ним отражателя 2 вдоль оси ОХ в точку OI. Очевидно, что в этом случае, несмотря на изменение длины освещенного сегмента светочувствительной поверхности кольцевого мультискана 5 (M1KN1), его середина останется в той же точке K. Следовательно, направление радиус-вектора OA и измеренное значение угла a останутся неизменными.

Рассмотрим случай смещения оси поворота объекта 1 в направлении оси OY (фиг. 5). В исходном положении ось поворота объекта 1 и отражателя 2 совпадает с центром светочувствительной поверхности кольцевого мультискана 5. Угол a поворота объекта 1 характеризуется радиус-вектором OA. Предположим, что происходит смещение оси поворота объекта в точку OI. Очевидно, что при этом освещенный сегмент MKN светочувствительной поверхности кольцевого мультискана 5 остается неизменным, а, следовательно, неизменным остается положение радиус-вектора OA и измеренное значение угла альфа Поскольку произвольное смещение оси поворота объекта 1 относительно центра светочувствительной поверхности кольцевого мультискана 5 можно разложить на две ортогональные составляющие, а каждая из них, как показано выше, не влияет на результат измерения угла поворота объекта 1 с помощью предлагаемого устройства, то можно утверждать, что заявляемое устройство обеспечивает инвариантность результатов измерений к указанному возмущению.

Кроме того, предлагаемое устройство нечувствительно к вариациям светового потока излучателя 3. Действительно, вариации светового потока приводят лишь к изменению облученности светочувствительной поверхности кольцевого мультискана 5. Положение энергетического центра яркостного пятна на освещенном сегменте светочувствительной поверхности кольцевого мультискана 5 при этом остается неизменным. Следовательно, при использовании заявляемого устройства обеспечивается инвариантность результатов измерений к изменению освещенности отражателя 2.

Таким образом заявляемое устройство обеспечивает высокую точность измерений угла разворота объекта в диапазоне изменения угла от 0 до 360o.

Пример конкретной реализации блоков поиска 9, управления 10 и коммутации 11 заявляемого устройства поясняет фиг. 6. Блок поиска включает первую и вторую логические схемы (ЛС) ИЛИ-НЕ 15 и 16, ЛС И 17, ждущий мультивибратор 18, генератор тактовых импульсов (ГТИ) 19, первый и второй JK-триггеры 20 и 21. Блок управления 10 включает ЛС НЕ 22, ЛС И ИЛИ-НЕ 23, ЛС И-НЕ 24 и реверсивный двоичный счетчик (РДС) 25. Блок коммутации включает первый, второй, третий и четвертый аналоговые коммутаторы (АК) 26, 27, 28 и 29.

Выход первого компаратора 7 (фиг.1) соединен с первыми входами первой ЛС ИЛИ-НЕ 15 и ЛС И-ИЛИ-НЕ 23. Выход второго компаратора 8 (фиг.1) соединен со вторыми входами первой ЛС ИЛИ-НЕ 15, второй ЛС ИЛИ-НЕ 16, ЛС И 17, ЛС И-НЕ 24 и через ЛС НЕ 22 с третьим входом ЛС И-ИЛИ-НЕ 23. Ключ 14 (фиг.1) через ждущий мультивибратор 18 соединен со входами R("Сброс") первого 20 и второго 21 JK-триггеров. Выходы первой ЛС 15 ИЛИ-НЕ и второй ЛС 16 ИЛИ-НЕ соединены соответственно с входами J и K первого JK-триггера 20, прямой выход которого соединен с первыми входами ЛС И 17 и ЛС И-НЕ 24, а инверсный выход которого соединен с шестым входом ЛС И-ИЛИ-НЕ 23. Выход ЛС И 17 соединен со входом J второго JK-триггера 21, вход K которого соединен с общей точкой схемы, прямой выход которого соединен с первым входом второй ЛС ИЛИ-НЕ 16, а инверсный выход которого соединен с четвертым входом ЛС И-ИЛИ-НЕ 23. Выход ГТИ 19 соединен с входами С первого и второго JK-триггеров 20 и 21, а также с вторым пятым и седьмым входами ЛС И-ИЛИ-НЕ 23 и третьим входом ЛС И 24. Выход ЛС И-ИЛИ-НЕ 23 соединен с входом "+" (суммирующий вход), выход ЛС И-НЕ 24 с "-" (вычитающий вход) РДС 25. Первый (младший разряд) и второй (старший разряд) выходы последнего соединены соответственно с пятыми и шестыми управляющими входами первого, второго, третьего и четвертого АК 26, 27, 28, 29. Постоянное напряжение +E1 подается на первый, второй, третий и четвертый, а -E2 на четвертый, первый, второй и третий сигнальные входы соответственно первого, второго, третьего и четвертого AK 26, 27, 28 и 29, выходы которых соединены соответственно с входами (a), (b), (c) и (d) кольцевого мультискана 5 (фиг.1).

ГТИ 19 формирует импульсы, длительность которых больше максимальной задержки первого JK-триггера 20 или второго JK-триггера 21 или РДС. Период этих импульсов больше задержек в "кольце" кольцевой мультискан 5, согласующий усилитель 6, первый 7 и второй 8 компараторы, блок поиска 9, блок управления 10 и блок коммутации 11 (фиг.1).

Изменение состояния JK-триггера по входам J и K может осуществляться срезом импульса, подаваемого на вход С. При этом для изменения состояния из лог. 0 в лог.1 на вход J необходимо подавать лог.1, а на вход K H для изменения из лог.1 в лог.0 соответственно H и лог.1, а для сохранения состояния из лог.0 в лог.0 соответственно лог.0 и H и из лог.1 в лог.1 соответственно H и лог.0 (здесь через H обозначен неопределенный сигнал лог.0 или лог.1). Выходные уровни указаны для прямого выхода триггера.

Состояние первого и второго JK-триггеров 20 и 21 определяют режим работы устройства. Режиму поиска соответствует состояние 00, режиму пробного шага - 10, а режиму измерения 11. (Первая цифра соответствует состоянию первого триггера 20, а вторая второго триггера 21).

В режим поиска из любых других режимов устройство переводится кратковременным замыканием ключа 14. В этом случае ждущий мультивибратор 18 формирует импульс, подаваемый на вход R первого и второго JK-триггеров 20 и 21.

Переключение в другие режимы осуществляется срезом импульса, формируемого ГТИ 19 и подаваемого на сходы С первого и второго JK-триггеров 20 и 21, при определенных сигналах на входах J и K этих триггеров, которые формируются первой и второй ЛС ИЛИ-НЕ 15 и 16 и ЛС И 17.

Для переключения из режима поиска в режим пробного шага необходимо подать сигналы x1=0 и x2=0. В этом случае на входы J и K первого JK-триггера 20 будут подаваться сигналы лог. 1, на такие же входы второго JK-триггера 21 лог. 0 и по очередному срезу импульса ГТИ 19 состояние этих триггеров изменится из 00 в 10.

Для обратного переключения из режима пробного шага в режим поиска достаточно подать сигнал x2=0. В этом случае на вход K первого JK-триггера 20 будет подаваться сигнал лог.1, на входы J и K второго JK-триггера 21 лог.0 и по очередному срезу импульса ГТИ 19 состояние этих триггеров изменится из 10 в 00.

Для переключения из режима пробного шага в режим измерения достаточно подать сигнал x2= 1. В этом случае на вход K первого JK-триггера 20 будет подаваться сигнал лог.0, на входы J и K второго JK-триггера 21 - соответственно лог. 1 и 0 и по очередному срезу импульса ГТИ 19 состояние этих триггеров изменится из 10 в 11.

Переключение из режима измерения в другие режимы с помощью сигналов x1, x2 и импульса ГТИ 19 невозможно. Покажем это. Сигнал на входе K второго JK-триггера постоянно равен лог. 0 и, следовательно, переключение его из состояния 1 в состояние 0 срезом импульса ГТИ 19 невозможно. Сигнал лог.1 на прямом выходе второго JK-триггера приведет к появлению сигнала лог.0 на выходе второй ЛС ИЛИ-НЕ 16 и на входе K первого JK-триггера 20, что также делает невозможным переключение этого триггера из состояния 1 в состояние 0.

Режим работы РДС 25 (суммирование, вычитание или хранение) определяется сигналами на его входа "+" и "-".

Содержимое РДС 25 увеличивается на единицу при формировании фронта импульса на его входе "+" и лог.1 на "-". Как видно из фиг.6, фронт импульса на входе "+" формируется ЛС И-ИЛИ-НЕ 23 срезом импульса ГТИ 19 при выполнении одного из условий: x1=1; x2=0 и Q2=0; Q1=0 (где Q1 и Q2 сигналы на выходе соответственно первого и второго JK-триггеров 20 и 21). Уровень лог.1 на входе "-" формируется ЛС И-НЕ 24 при выполнении одного из условий Q1=0 или [20.

Содержимое РДС 25 уменьшается на единицу при формировании фронта импульса на его входе "-" и лог.1 на "+". Как видно из фиг.6, фронт импульса на входе "-" формируется ЛС И-НЕ 24 срезом импульса ГТИ 19 при выполнении условия Q1= 1, x2=1. Уровень лог.1 на входе "+" формируется ЛС И-ИЛИ-НЕ 23 при одновременном выполнении условий: x10; x21 или Q2=1; Q11.

Режим хранения РДС 25 будет обеспечен при неизменяющихся сигнала на его входа "+" и "-". Это оказывается возможным при выполнении условий: x1=0; х2= 1 или Q2=1; Q1=1; Q1=0 или x20.

С помощью первого, второго, третьего и четвертого АК 26, 27, 28 и 29 в зависимости от выходного кода РДС 25 производится подключение напряжений +Е1 и -Е2 к входам (a), (b), (c) и (d) кольцевого мультискана (5) (фиг.1). При коде 00 напряжение +Е1 подается на вход (a), напряжение -Е2 на вход (b) кольцевого мультискана и последний переключается на характеристику Uab() При коде 01 напряжение +Е1 подается на вход (b), напряжение -Е2 на вход (c) кольцевого мультискана и последний переключается на характеристику Ubc() При коде 10 напряжение +E1 подается на вход (c), напряжение -E2 на вход (d) кольцевого мультискана и последний переключается на характеристику Ucd() При коде 11 напряжение +E1 подается на вход (d), напряжение -E2 на вход (a) кольцевого мультискана и последний переключается на характеристику Uda() Устройство на фиг.6 работает следующим образом.

Предположим, что отражатель 2 (фиг.1) занимает положение, показанное на фиг. 2 (уголь разворота объекта -45 < < 45 ), а выходной код РДС 25 11. Тогда напряжение на сигнальном выходе кольцевого мультискана определяется характеристикой Uda() После замыкания ключа 18 первый и второй JK-триггеры 20 и 21 устанавливаются в состояние 0 и 0, а все устройство переходит в режим поиска, который производится за несколько тактов. Интервал между тактами определяется периодом импульсов ГТИ 19.

В первом такте сигналы x1=0, x2=1 (см. фиг.3), Q1=0, Q20, а выходной код РДС 25 равен 11. Согласно описанным выше условиям переключения первого и второго JK-триггеров 20 и 21 а также РДС 25 при формировании среза импульса ГТИ 19 состояние триггеров не изменится, а выходной код РДС 25 увеличится на единицу и станет равным 00. При этом устройство останется в режиме поиска, а кольцевой мультискан переключится на характеристику Uab() Во втором такте в зависимости от угла сигналы x1 и x2 могут принимать значения: x1=1, x2=0; x1=0, x2=0; x1=0, x2=1 (фиг.3). При этом Q1=0, Q2=0, а выходной код РДС 25 равен 00.

Пусть x1=0 а x2=1. Тогда работа схемы фиг.6 будет протекать так же, как и в первом такте. При этом состояние РДС станет равным 01, устройство останется в режиме поиска, а кольцевой мультискан переключится на характеристику Ubc() В третьем такте сигналы x1=1, x2=0 (фиг.3), Q1=0, Q2=0, а выходной код РДС 25 равен 01. согласно описанным выше условиям переключения первого и второго JK-триггеров 20 и 21, а также РДС 25 при формировании среза импульса ГТИ 19 состояние триггеров не изменится, а выходной код РДС 25 увеличится на единицу и станет равным 10. При этом устройство останется в режиме поиска, а кольцевой мультискан переключится на характеристику Ucd() В четвертом такте сигналы x1=0, x2=0 (фиг.3), Q1=0, Q2=0, а выходной код РДС 25 равен 10. Тогда при формировании среза импульса ГТИ 19 согласно описанным выше условиям переключения состояние первого JK-триггера 20 изменится и станет равным 1, состояние второго JK-триггера 21 не изменится, а выходной код РДС 25 увеличится на единицу и станет равным 11. При этом устройство перейдет в режим пробного шага, а кольцевой мультискан переключится на характеристику В пятом такте сигналы x1=0, x2=1 (фиг.3), Q1=1, Q2=0, а выходной код РДС 25 равен 11. Тогда при формировании среза импульса ГТИ 19 согласно описанным выше условиям переключения состояния первого JK-триггера 20 не изменится, состояние второго JK-триггера 21 изменится и станет равным 1, а выходной код РДС 25 уменьшится на единицу и станет равным 10. При этом устройство перейдет в режим измерения угла, а кольцевой мультискан переключится на характеристику Ucd() Пусть во втором такте x1=1 а x2=0. Тогда при формировании среза импульса ГТИ 19 согласно описанным выше условиям переключения состояние первого и второго JK-триггеров 20 и 21 не изменится, а выходной код РДС 25 увеличится на единицу и станет равным 01. При этом устройство останется в режиме поиска, а кольцевой мультискан переключится на характеристику Ubc() и в дальнейшем работа будет протекать, как описано выше, начиная с третьего такта.

Пусть во втором такте x1=0 а x20. Тогда при формировании среза импульса ГТИ 19 согласно описанным выше условиям переключения состояние первого JK-триггера 20 изменится и станет равным 1, состояние второго JK-триггера 21 не изменится, а выходной код РДС 25 увеличится на единицу и станет равным 01. При этом устройство перейдет в режим пробного шага, а кольцевой мультискан переключится на характеристику Ubc() В следующем такте сигналы x1=1, x2=0 (фиг.3), Q1=1, Q2=0, а выходной код РДС 25 равен 01. Тогда при формировании среза импульса ГТИ 19 согласно описанным выше условиям переключения состояние первого JK-триггера 20 изменится и станет равным 0, состояние второго JK-триггера 21 не изменится, а выходной код РДС 25 увеличится на единицу и станет равным 10. При этом устройство вернется в режим поиска, а кольцевой мультискан переключится на характеристику Ucd() и в дальнейшем работа схемы будет протекать так же, как описано выше, начиная с четвертого такта.

В режиме измерения угла сигналы x1 и x2 в зависимости от угла могут принимать значения: x1=0, x2=0; x1=1, x2=0; x1=0, x2=1 (фиг.3). При этом Q1= 1, Q2=1, а выходной код РДС 25 равен 10.

Пусть x1=0, x2=0 (угол разворота объекта -45 < < 45 ). Тогда условия переключения первого и второго JK-триггеров 20 и 21 а также РДС 25 не выполняются. Поэтому устройство останется в режиме измерения угла по характеристике Ucd() Пусть x1=1, x2=0 (угол разворота объекта 45 < < 135 ). Тогда условия переключения первого и второго JK-триггеров 20 и 21 не будут выполняться, а РДС 25 увеличит свое содержимое на единицу. При этом устройство останется в режиме измерения, а кольцевой мультискан переключится на характеристику Uda() и т.д.

Пусть x1=0, x2=1 (угол разворота объекта -90 < < -45 ). Тогда условия переключения первого и второго JK-триггеров 20 и 21 не будут выполняться, а РДС 25 уменьшит свое содержимое на единицу. При этом устройство останется в режиме измерения, а кольцевой мультискан переключится на характеристику Ubc() и т.д.

Алгоритм работы устройства на фиг.4 не изменится, если в исходном состоянии объект 1 будет находиться в другом положении, а РДС в другом состоянии. При этом может изменится количество тактов поиска.

Пример конкретной реализации блока 13 индикации приведен на фиг.7.

Блок индикации 13 содержит сумматор 30, дешифратор 31 и элементы индикации 32. Первый и второй входы сумматора 30 соединены с аналогичными входами РДС 23 (фиг.6), а с третьего по девятый входы сумматора 30 с выходами аналого-цифрового преобразователя 12 (фиг.1). Выходы сумматора 30 соединены с входами дешифратора 31, а выходы последнего с входами элементов индикации 32.

Блок индикации работает следующим образом. Сумматор 30 формирует сумму выходного кодов аналого-цифрового преобразователя 13 и РДС 25. Выходной код сумматора пропорционален углу поворота объекта 1 (фиг.1) в диапазоне изменения угла от 0 до 360o. Дешифратор 31 преобразует выходной код сумматора 30 в код управления элементами индикации.

Формула изобретения

Устройство для измерения угла поворота объекта, содержащее оптически связанные источник излучения, отражатель с изменяющимся коэффициентом отражения, связанный с объектом, объектив и первичный преобразователь светового потока, схему обработки сигналов и блок индикации, отличающееся тем, что первичный преобразователь выполнен в виде кольцевого мультискана, схема обработки сигналов выполнена в виде последовательно соединенных согласующего усилителя, аналого-цифрового преобразователя, первого и второго компараторов, блока поиска рабочего участка характеристики кольцевого мультискана, блока управления, блока коммутации и ключа, сигнальный выход кольцевого мультискана через согласующий усилитель соединен с входами первого и второго компараторов, выходы компараторов соединены с первыми и вторыми входами блока поиска и блока управления, третий вход блока поиска соединен с ключом, выход блока поиска подключен к третьему входу блока управления, выход блока управления соединен с вторым входом блока индикации и входом блока коммутации, выходы блока коммутации соединены с входами питания кольцевого мультискана, а отражатель выполнен в виде диска с нанесенными на него изображениями сегментов, при этом сегменты участка на диске выполнены с различными коэффициентами отражения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7