Фотоэлектрический преобразовательугла поворота вала b число

Фотоэлектрический преобразовательугла поворота вала b число

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

и авто (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

УГЛА ПОВОРОГА ВАЛА В ЧИСЛО

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в цифровых следящих системах и системах управления объектами, содержащих ЦВМ.

Известны цифровые преобразователи угла (ЦПУ), основанные на использовании механической развертки квантующей шкалы (1), (.21 и(З1

Ш1У такого типа называются параметрическими ЦПУ, Их особенностями являют10 ся наличие опорного и сигнального чувствительных элементов, которые во взаимодействии с квангующим элементом, связанным с приводом, осуществляют преобразо15 ванне квантованной величины в электрическую.

Квантующий и чувствительный элементы характеризуются наличием определенного числа зон состояний, которые отличаются друг ог друга. Так, например, для индуктивных и емкостных датчиков углаэто зубцовые впадины, для фотоэлектриче2 ских датчиков угла — презвачность и непрозрачность и т.д. (3).

Недостатком данных 0ПУ является низкая точность .преобразования угла в код, обусловленная трудностями изготовления квантующей шкалы с малой дискретностью.

Известен параметрический 0ПУ, сойержащий привод, связанный с ним магнитный барабан, на поверхности которого имеются две дорожки, три считывающие головки (системы), блок цифрового отсчета, состоящий иэ вентиля, триггера и счегчи« ка, причем на одной из них нанесена одна опорная риска (реперный "штрих) в виде намагниченной полоски, а на другойнанесены через равные интервалы квангуюп ие риски, Напротив первой дорожки расположены две съемные головки, одна иэ которых неподвижна, а другая - связана с валом, угол поворота которого преобразуется в код. Головки связаны со старт- и сгопвходами триггера, управляющего вентилем, третья головка, формирующая счетные импульсы, расположена напротив второй дорожки (2).

Недостатками этого преобразователя являются низкая точность нанесения магнитных рисок на барабан, невысокая плотность записи рисок на единицу длины квантующей дорожки.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь, основанный на фотоэлектрическом принципе съема информации и содержащий корпус, привод, посаженный на его вал диск с измерительным радиальным растром, диск с индексным радиальным растром, установленный на измеряемом валу, диск с индекснъим радиальным растром, закрепленный жестко в корпусе, осветительные и фотоприемные системы, блоки формирования старт- и стоп-сигналов, блок управления, счетчик импульсов и блок цифровой индикации 4 .

Йанное устройство харакгеризуется относительно невысокой точностью измерений, обусловленной невысокой точностью формирования старт- и стоп-импульсов и погрешностью квантующей шкалы.

Бель изобретения — повышение точности фотоэлектрического преобразователя угла поворота вала в число.

Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрическом преобразователе угла поворота вала в число, содержащем корпус, в котором жестко закреплен неподвижный индексный диск с радиальным растром, привод, на валу которого расположен измерительный диск с радиальным растром, подвижный индексный диск с радиальным растром,. установленный на измеряемом валу, фазовые растровые датчики угла, включающие осветительные и фотоприемные системы, первый фазовый растровый датчик угла содержит измерительный и неподвижный индексный диски с радиальными растрами, а второй — измерительный и неподвижный индексный диск с радиальными растрами, блоки формирования старт- и стоп-сигналов, первый и второй выходы блока формирования . старт-сигнала соединены с первым и вторым входами блока управления соответственно, первый и второй выходы блока формирования стоп-сигнала соединены с третьим и четвертым входами блока управления соответственно, счетчик импульсов, выходы которого подключены к соответствующим входами блока цифровой индикации на измерительном, индексных подвижном и неподвижном дисках с радиальными расграмн дополнительно расположены реперные штрихи, на измерительном диске с радиальными растром, расположено И реперных штрихов, которые нанесены через равные . интервалы по всей длине его окружности, а один из них выполнен по отношению к другим удлиненным, на индексных дисках с радиальными растрами расположено. по два реперных штриха, которые нанесены один над другим, введены блок квантовао ния фазы, блок задержки счетных импульсов и блок сбора импульсов, и элементов

И и и триггеров, прямые выходы которых соединены с первыми входами эле« ментов И, выходы которых подключены к соответствующим входам блока сбора импульсов, выход которого соединен со входом счетчика импульсов, фазовый выход первого фазового растрового датчика угла соединен с одним входом блока форщ мирования старт-сигнала и входом блока квантования фазы, выход которого соединен с блоков задержки счетных импульсов, соответствующие выходы которого соединены со вторыми входами элементов И, реперные выходы первого фазового растрового датчика угла соединены с другими соответствующими входами блока формирования старт-сигнала, фазовые и реперные выходы второго фазового растрового датЗО чика угла соединены с соответствующими входами блока формирования стоп-сигнала, выходы блока управления подключены к соответствующим входам и триггеров.

Кроме того, блок управления содержит дешифраторы, счетчики импульсов и эле35 менты И, выход первого элемента И соединен cQ входом установки нуля первого счетчика импульсов, вьяоды которого соединены с соответствующими входами первого дешифратора, выходы которого под40 ключены к соответствующим входам установки в единицу 9 триггеров, выход второго элемента И соединен со входом установки в ноль-второго счетчика импуль сов, выходы которого соединены с соот45 ветствующими входами второго дешифратора, выходы которого подключены к соответствующим входам установки в ноль И триггеров, второй и четвертый входы блока управления соединены со счетными входами первого и второго счетчика импульсов соответственно и с управляющими входами первого и второго дешифраторов.

На фиг. 1 изображена схема конструкции преобразователя, общий вид; на фиг. 2 и 3 показаны соответственно часть измерительного диска и часть подвижного и неподвижного индексных дисков; на фиг. 4 и 5 изображены структурные схемы преобразователя и блока управления. фотоэлектрический преобразователь ут

- ла поворота вала в число содержит корпус

1, привод 2, вал 3 привода, измерительный диск 4,с радиальным растром, неподвижный диск 5 с радиальным растром, подвижный диск 6 с радиальным растром, вал 7, угловое положение которого преобразуется в код, осветительную систему 8, 10 фотоприемную систему 9, измерительный радиальный растр 10, индексные радиальные растры 11, которые реперные штрихи

12, удлиненный реперный штрих 13, индексные реперные штрихи 14, фазовые

1% растровые датчики 15 и 16 угла, блоки

17 и 18 формирования старт и croa-сигналов; блок 19 квантования фазы, блок 20 задержки счетных импульсов элементы И

21; блок 22 сбора импульсов, триггеры 23 блок 24 управления, счетчик 25 им., пульсов, блок 26 цифровой индикации; счетчики 27 и 28 импульсов; элементы

И 29 и 30; дешифраторы 31 и 32.

На фиг. 1-5 введены следующие обоэ23 н&чения;

% — угловой шаг штрихов радиального растра 10;

Ч Ч т — соответственно угловые ир нр пр положения .измеритель- З0 ного, неподвижного и подвижного индексных растровых дисков 4-6;

Ч вЂ” соответственно напряжения фазовых выходов

Я1,2 датчиков угла 25 и 16;

3 Н

Ч, Чр — соответственно напряжения реперных выходов

Р1,2 Р1 2 датчиков 15 и 16;

Ч„ т Ч вЂ” тветственно старт-и 40

41 1М ста т стоп старт стоп-сигналы, для устранения погрешности от эксцентриситета дисков 4-6 фаэовые каналы дат чиков 15 и 16 выполнены с двухсторонним считыванием (фиг. 1).

Угловое расстояние между реперными штрихами 12 и 12 и 13 равно 2%/tn .

Осветительная 8 и фотоприемная 9 системы, диски 4 и 5 в совокупности представляют собой датчик 15, а осветительная 8 и фотоприемная 9 системы, диски 4 и 6 — датчик 16, которые содержат фазовый и реперный каналы свема ннфор мации (фиг. 1-3).

Фотоэлектрический преобразователь работает следующим образом.

При постоянном вращении приводом 2 диска 4 с фазовых выходов датчиков 15 и 16 снимаются напряжения Qg < фа8 6 эы которых 04 щ (Цир - жанр ) ° Цй

ЯЯ

2С

= — (нр - упр ) линейно зависят в пределах. шага МЧ от разностей угловых по ф

s ложений дисков 4 и 5 и 4 и 6 соответственно. Эти напряжения поступают на блоки формирования старт- и стоп-сигналов

17 и 18 и блок 19 квантования фазы.

Последний формирует один счетный импульс на каждое приращение фазы, равное что соответсгвуег шагу квантоваи ния угла на величину

3ф

В момент, когда удлиненный реперный штрих 13 диска 4 проходит мимо реперных штрихов 14 неподвижного индексного диска 5, на реперных выходах датчика 15

I В вырабатываются напряжения Q > и Q pf которые постчпают на блок 17 формироваИ ния старт-сигналов, в котором Вр, Цр4 для более точной фиксации углового положения старта сгробируется импульсом, вырабатываемым в момент 6(=О. В результате на выходах блока 17 вырабатываются импульсы Ч т т и Чс.,поступающие на вход блока 24 управления. Последний запускает триггер 23 в стартовое (еди-: ничное) состояние. При этом открывается элемент И 21, и счетные импульсы с первого выхода бл0ка 20 задержки счетных импульсов начинают проходить через элел .ент И 21 и блок 22 сбора импульсов на вход счетчика 25 импульсов„

После этого совмещение с реперным штрихом 14 диска 5 каждого. из (Фн-1) реперных штрихов 12 диска 4 приводит к поочередному запуску в стартовое состояние соответственно триггеров 23 и каждый раз со стартом очередного триггера 23 счетчик импульсов 25, продолжая подсчет счетных импульсов, вызванных стартами предыдущих триггеров 23, начинает дополнительно подсчет счетных импульсов, снимаемых со следующего по порядку выхода элока 20 задержки счетных импульсов. Когда удлиненный реперный штрих 13 диска 4 проходит мимо реперных штрихов 14 подвижного диска 6, на реперных выходах датчика 16 выраI p бать ваются напряжения U<< и Ц, и аналогичным образом блок формирования

I стоп-сигнала 18 вырабатывает Ч eton

Ч стоп, которые, поступая на входы блока 24 управления, устанавливают триггер 23 в состояние "Стоп". Элемент 21 при этом закрывается. После этого совмещение реперного штриха 14 диска с каждым из (юн-1) оставшихся штрихов, 12 измерительного диска 4 приводит последовательно к возврату всех (М-1) 118 8 шкалы при использовании для формирования сигналов Чсторт, Ч стоп и счетных импульсов разных ее участков; абсолютным отсчетом углов при наличии одной кван5 туюшей шкалы.

7 822 триггеров 23 в состояние "Стоп и закрыванию ((((-1) элементов И 21.

В л омент, когда эакЬс(ется последний иэ открытых элементов И 21 подсчет импульсов прекращается и счетчик 25 импульсов зафиксирует код„равный сумме кодов Nq, каждый из которых является ци(ровым эквивалентом углового положения подвижного индексного диска. 6 относительно неподвижного индексного диска 5, т»e. g = пр- не

Среднеарифметический код .Й = —..Щ Л и,Д является конечным результатом преобразования угла поворота вала в число.

Высокая точность, которая может быть получена с пол(ошью предлагаемого 0ПУ объясняется тем, что за два оборота диска 4, т.е. за один цикл механической развертки квантуюшей шкалы, производит ся VH старгстопных преобразований угла 20 в код. Лричел(каждое из преобразований осуществляется, использованием для формирования старт-, стоп-сигналов и счетных импульсов разных участков растровой дорожки диска 4(квангуюшей шкалы), име- 25 юшей погрешности, разные по величине и знаку на разных ее участках, так как в противном случае она не вносила бы погрешности, зависящей от кодируел(ого угла и могла быть учтена при градуировке ха- зр рактеристики преобразования.

Блок 24 управления (фиг. 5) работает следующим образом.

В момент появления сигналов Ч < и

Ч .с(Р на выходе схемы совпадения 29 З5 возникает импульс совпадения, который устанавливает счетчик 27 в нулевое со( стоЯние, ОдновРеменно импУльс Ч стс((рт поступает на счетчик 27. На выходе последнего появляется кодовая комбинация, соответствующая номеру первого старта.

Дешифратор 31 расшифровывает ее и

Ч gy T, поступая на управляющий вход деши атара 31, приводит к появлению на выходе, связанном с триггером 23, единичного сигнала, который запускает его в стартовое состояние, В дальнейшем каж( дый очередной ((IñÒàÐ> подсчитывается счетчиком импульсов 27 и считывает с выхода дешифратсра 31 импульс старта следующего триггера 23. Аналогичным образом рабогаег часть схемы 24, связанная со стоповыми сигналами Ч сто„ ( н

Ч СтОп

Технико-экономический эффект от использования преобразователя определяется

SS высокОй тОчкостью зй . счет WI Kpsг- ного стартстопного преобразования угла в код за один цикл развертки квантующей

Формула изобретения

1.Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в число, содержащий корпус, в котором жестко закреплен неподвижный индексный диск с радиальным растром, привод, на валу которого расположен измерительный диск с радиальным растром, подвижный индексный диск с радиальным растром, установленный на измеряемом валу, фазовые растровые датчики угла, включающие осветительные и фотоприемные системы, первый фазовый ра— сгровый датчик угле содержит измерительный и неподвижный индексный диски с радиальными растрами, а втсрой — измерительный и подвчжный индексный диски с радиальными растрами, блоки формирования старт- и стоп-сигналов, первый и Вгорой выходы блока формирования стартсигнала соединены с первым и вторым входами блока управления соответственно, первый и второй выходы блока формирования стоп-сигнала соединены с третьим и четвертым входами блока управления, счетчик импульсов, выходы которого подключены к соответствующим входам блока цифровой индикации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности преобразователя, на измерительном, индексных подвижном и неподвижном дисках с радиальными растрами дополнительно расположены реперные штрихи, на измерительном диске с радиальным растром расположено и реперных штрихов, которые нанесены через равные интервалы по всей длине его окружности, а один иэ них выполнен по отношению к другим удлиненным, на индексных дисках с радиальными растрами расположено по два реперных штриха, которые нанесены один над другим, введены блок квантования фазы, блок задержки счетных импульсов и блок сбора импульсов, М((элементов

И и И триггеров, прямые выходы которых соединены с первыми входами элементов И, выходы которых подключены к соответствующим входам блока сбора импульсов, выход которого соединен со входами счетчика импульсов, фазовый выход первого фазового растрового датчика угла соединен с одним входом блока форми9 рования старт-сигнала и входом блока квантования фазы, выход котсрого соеди.нен с блоком задержки счетных импульсов, соответствующие выходы которого соединены со втсрыми входами элементов И, реперные выходы первого фазового растроваго датчика угла соединены с другими . соответствующими входами блока формирования старт-снгйала, фазовые и реперные выходы второго фазового раетрового дат- 30 чика угла соединены с соответствующими входами блока формирования стоп-сигнала, вьасодьс блока управления подключены к соответствующим BxoAaM ® триггеров

2. Преобразователь по и, 1, о т л и- ts ч а ю m и и с я тем, что блок yttpasneния содержит дешифраторы, счетчики им«ульсев и элементы И, выход первого элемента И соединен со входом установки нуля первого счетчика импульсов, выхо- 2ф

Фы котсрого соединены с соответствующими входами первого дешифратсра, выходы которого подключены к соответствующим вхо вм установки в единицу М триггеров, выход второго элемента И соединен со 2s входом установки в ноль второго ачетчи 822118 10 ка импульсов, выходы которого соединены с соответствуюйсими входами второго дешифратара, выходы котарого подключены к соответствующим входам установки в . ноль Ф триггеров, второй и четвертый входы блока управления соединены со счетными входами первого и второго счетчика импульсоь соответственно и с управляющими входами первого и второго дешифратсров.

Источники инфармации, принятые во внимание нри экспертизе

1. Гитис З..И. Преобразователи информации для электронных цифровьас .аь:.числительных устройств. М,Л., Госэнергоиэдат, 1961, с. 222.

2. Филиппов В Г. Бифратс ы перемещений. М., Воениздат, 1965, с. 130.

З. Зверев А Е., Максимов В. П, Ияс- ников В. A. Преобразователи угловых перемешений в цифровой код. Л., Энергия, 1974, с. 11.

4. Преснухин Л. Н., Шаньгин В. Ф. и

Шаталсв Ю. А. Муаровые растровые датчики положения и их применение. М., Машиностроение, 1969, с. 93 (прототип),