Преобразователь угла поворота вала в код

Преобразователь угла поворота вала в код

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН И Я

К ABTOPCHOhhз/ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

<>743000

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 03.05.78 (21) 2610514/18-24 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 23.06.80. Бюллетень № 23 (45) Дата опубликования описания 07.12.81 (51) М.Кл. С 08 С 9/04 гасударственный комитет

СССР па делам изобретений и открытий (53) У ДК 681.34 (088.8) (72) Авторы мзабретвн ия

Н. И. Ветошкин, В. И. Тимофеев, В. Т, Мильченко и А. Г. Рощин (71) Заявитель Центральное конструкторское бюро гидрометеорологического приборостроения (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА

В КОД

Изобретение относится к системам автоматического контроля и преобразования перемещений в дискретный сигнал, а именно к преобразователям угла поворота вала в код.

Известен функциональный преобразователь, содержащий блок сравнения, блок управления, ключи, функциональный частотный преобразователь, источник опорного напряжения, интегратор, счетчики, преобразователь код-аналог и измерительный частотный преобразователь (1).

Недостатком этого устройства является его невысокая точность. Длительные переходные процессы, происходящие в сравнивающем устройстве в момент равенства измеряемого напряжения и напряжения интегратора, вносят значительную погрешность, обусловленную его динамическими свойствами, и могут значительно превышать расчетный шаг квантования, соответствующий младшему разряду счетчика. Используемая кусочно-линейная аппроксимация логарифмической зависимости не обеспечивает высокой точности измерения.

Причем примененная коммутация источника опорного напряжения через ключевое устройство на вход интегратора вносит дополнительную погрешность в результат преобразования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь угла поворота вала в код, содержащий датчик угла, соединенный через блоки преобразования напряжения в частоту с одними из входов двух элементов И, другие входы которых соединены с выходом триггера, счетчик, вход которого соединен с выходом второго элемента И, а вы10 ход подключен к одному из входов триггера (2), Недостаток этого известного преобразователя состоит в его сравнительно низкой точности из-за того, что нслинейная зави15 симость от входного сигнала, получаемая на выходе устройства, приближенно воспроизводит характер заданной кривой, и при большом диапазоне сигналов с датчика угла невозможно воспроизведение задан20 ной кривой с малой погрешностью.

Цель изобретения состоит в повышении точности преобразователя угла поворота вала в код.

Это достигается тем, что в преобразова25 тель введены п-компараторов, (n+ 1) -элементов И, источник пороговых напряжений и элемент ИЛИ, информационные входы всех элементов И соединены с выходами счетчика, а разрешающие входы п-элементов И соединены с выходами компараторов, 743000

ОДНИ ВХОДЫ KOTOPbIX ПОДКЛIОЧЕНЬ! К ВЫХОДУ датчика угла, друтие входы компараторов соединены с соответствующими выходами источника пороговых напряжений, выходы элементов И подключены к входам элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом триггера.

На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя угла поворота вала в код; на фиг. 2 показаны диаграммы, поясняющие его работу, Преобразователь угла поворота вала в код содержит (фиг. 1) датчик 1 утля, блок

2 преобразования напряжения в частоту с линейно-возрастающей зависимостью, блок

3 преобразования напряжения в частоту с линейно-убывающей зависимостью от входного сигнала, эле.ленты И 4 и 5, счетчик 6, (и+1) элементов И 7, элемент ИЛИ 8, п компараторов 9, трнггер 10, источник 11 пороговых напряжений. Кроме того, на фиг. 1 пока".àíà шина «Пуск» 12 и выходная шина 13

На диаграммах, поясняющих работу преобразователя (фиг. 2) показаны линейно-возрастающая зависимость А от входного сигнала блока 2 преобразования напряжения в частоту, линейно-убь1вающая зависимость Б от входного сигнала блока 3 преобразования напряжения в частоту, заданная нелинейная зависимость В, пунктирными кривыми обозначены -p=!.êöû, в которых точность gj CT110EICTD2 i 1oç:!cTrloo, IOT задашюй, цифрами 14-1, 14-2 ... 14-п, 1 :(п+1) обозначено семейство кривых видя: где п; — целые числа.

Семейством этих кривы. : яппроксимируется заданная нелинейная зависимость.

Сигнал с выхода датчика 1 угла поступает

EIa входы блоков 2 и 3 преобра"-î:â;à.íè.ÿ напряжения в частоту и пя входы п компараторов 9, вторые входы которых соединены с

ifcToi1IIIIKox! 1 1 порогoB51x. напр!1жепий Up

У,2, .Uq" Выход блока 2 преобга",oâàkrèkl напряжения в частоту соединен с одним из зходов элемента И 4, а выход блока 3 преобразования напряжения в частоту соединен с одним из входов элемента Й 5. Вторые входы элементов И 4 и 5 соединены с выходом триггера 10. Выход элемента И 5 соединен с входом счетчика 6. Разрешающие входы п элементов И 7 соединены соответственно с выходами п компараторов

9. Информационные входы (и+1) элементов И 7 соединены с счетчиком 6. Выходы (и+1) элементов И 7 соединены с входа.ли элемента ИЛИ 8, выход которого соединен с одним из входов триггера 10. По шине Пуск» 12 осуществляется запуск устройства. С шины -13 снимается число-импульсный код измеряемой величины.

Преобразователь угла поворота в ко.! работает следующим образом.

В исходном состоянии напряжение U., с выхода датчика 1 угла подается на входы и компяраторов 9 и анализируется последними, причем срабатывают те компараторы, порог срабатывания которых меньп:е значения сигнала с датчика 1 угла. Если сигнал с датчика 1 угла не превыш ет величину первого порога, то со всех выходов и компараторов подается разрешение ня разрешающие входы п элементов 7. Это; е напряжение подается постояíHо и klà блоки 2 и 3 преобразования напряжения в частоту. Блок 2 преобразования напря;ения в частоту вырабатываст частоту 1, согласно зависимости А (c» фиг. 2):

F =- FoE+ÊEU .„;,, /О где Г01 — начальная чястoTя 11ри U,- =- ";

K, — коэффициент пропорцион2.:l I,ности;

U — напряжение ня гходе блока преобразования.

Блок 3 прсобразов-;1;:я няпря,::.."::;":;; в

1ястоту вырабатывает Iàcòoò! ссглac!!o зависимости 15 (см. фиг. 2):

1 2 02 К л г, е Fg2 — 11ячальная irяc, OTB при (- i. =—

К2 — коэффициент пропорци:1няльНОСТИ;

35 U, — напряжение на входе олока преобразования.

По команде «Запуск» rlo ши = «.Пуск» 12 триггер 10 меняет свое состояние и открывает элсменты И 4 и 5. Через открытый элс40 мент И 5 им.1ульсы с выхода блока 3 преобразования напряжения в iàcòoòó поступают в счетчик 6, в котором записывается число и, равное: п! = F2Tl = (Fo2 — К2(..) Т.. где Т! — интервал времени, в течение которого происходит заполнение счетчика 6.

50 Одновременно через открытый эле.лент И 4 выходные импульсы Л, поступают на выходную шину 13 преобразователя за интервал времени Т! от блока 2 преобразования напряжения в частоту:

Л1,! = Г! т, = (Fo!+Ê!U,)òl.

Учитывая соотношение для числа и, можно записать:

60 у Fï E !1 х

F„„— КЛ/

Для уменьшения погрешности преобразования используется кусочно-нелинейная

743000

l0

Щ

F»+ K,V

;аппроксп .tGIIHH fte HHeÉHC"t которая осуществляется с помощью и компараторов 9 элементов И 7 и элемента

ИЛИ 8.

B зависимости от величины сигнала с датчика 1 угла компараторы 9 могут находиться в следующих состояниях: а) если не сработал ни один компаратор, то это значит, что сигнал с датчика 1 угла соответствует первому участку аппроксимации (кривая 14-1, см. фиг. 2) и на разрешающие входы элементов И 7 подано разрешение с выходов компараторов 9; б) если сработали все компараторы 9, то это значит, что сигнал с датчика 1 угла соответствует максимальному значению U„, т. е. превышает порог срабатывания U " (кривая 14(и+1), см. фиг. 2). В этом случае при поступлении импульсов в счетчик 6 срабатывает только (и+ 1) -ый элемент И 7, так как его вход не подключен к выходам п компараторов. На разрешающие входы и элементов И 7 поданы запрещающие сигналы с выходов и компараторов 9; в) если сигнал с датчика 1 угла превышает значение U но меньше U, то с выходов

i-компараторов 9 на разрешающие входы

i-элементов И 7 поступит запрещающий сигнал и срабатывает (i+1) -ый элемент

И 7 (участок аппроксимации).

Компараторы 9 постоянно подключены к датчику 1 угла, вне зависимости от времени запуска устройства, и работают в статическом режиме, т. е. всегда готовы к работе и не снижают быстродействия устройства.

Допустим, что сигнал с датчика 1 угла соответствует второму участку аппроксимации (кривая 14-2, см. фиг. 2). При этом напряжение с датчика 1 угла превышает пороговое напряжение U, и первый компаратор 9 выдает запрещающий потенциал па резрешающий вход первого элемента

И 7, в этом случае этот элемент И 7 не срабатывает при поступлении импульсов в счетчик 6, в котором будет продолжаться счет до срабатывания второго элемента

И 7, так как с выхода второго компаратора 9-2 подается разрешающий потенциал на разрешающий вход второго элемента

И 7. При этом будет справедливо следующее соотношение: где nq — число, записанное в счетчике 6, соответствующее второму участку аппроксимации.

С выхода второго элемента И 7 через схему ИЛИ 8 триггер 10 возвращается в исходное состояние, закрывая элементы

И 4 и 5. На этом преобразование заканчивается и на выходе устройства фиксируется число, пропорциональное измеряемому параметруру.

Таким образом, с помощью и-компараторов 9, (n+1) элементов И 7 и элемента

ИЛИ 8, изменяя значение числа и в счетчике 6 на отдельных участках заданной нелинейной кривой 16 (см. фиг. 2), можно максимально приближаться к данной нелинейной зависимости, обеспечивая тем самым минимальную погрешность преобразования.

Экономический эффект предлагаемого технического решения в повышении точности преобразователя обусловлен переходом к кусочно-нелинейной аппроксимации.

Кроме того, появляется возможность реализации более сложных нелинейных завися:;.остей путем изменения начальных частот блоков преобразования напряжения в, частоту, знаков и величин этих блоков и порогов срабатывания компараторов и элементов И. Применение бесконтактных элементов и типовых узлов на дискретных компонентах позволяет дополнительно повысить точность и надежность преобразователя. Отсутствие переходных процессов в аналоговых элементах также позволяет повысить точность и быстродействие преобразователя.

Формула изобретения

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий датчик угла, соединенный через блоки преобразования напряжения в частоту с одними входами элементов

И, вторые входы которых соединены с выходом триггера, выход одного элемента И соединен с выходной шиной преобразователя, выход другого элемента И подключен к входу счетчика, отл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены и компараторов, (и+ 1) элементов И, источник пороговых напряжений и элемент ИЛИ, информационные входы всех элементов И соединены с выходами счетчика, а разрешающие входы и элементов И соединены с выходами компараторов, одни входы которых подключены к выходу датчика угла, другие входы компараторов соединены с соответствующими выходами источника пороговых напряжений, выходы элементов И подключены к входам элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом триггера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 512475, М. кл. G 06 G 7/24,,1977 r.

2. Авторское свидетельство СССР № 492900, М. кл. G 08 С 9/00, 1976 г. (прототип).

743000

L(p+ Ук со,:е 7

Составитель И. Назаркина

Редактор Н. Данилович Техред И. Пенчко lioppcктор Н. Осиновскаи. Заказ 1758/1287 Изд. № 628 Тираж б94 Подписное

ИПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Щ-35, Раушская наб„- д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент».чГ 1

/