Преобразователь угла поворота вала в код

 

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий последовательно расположенные на оптической оси излучатели, индикаторный диск со щелями, кодовый диск со шкалой и фотоприемники грубого и среднего отсчетов, основные фотоприемники точного отсчета, интерполятор точного отсчета, входы которого соединены с выходами соответствующих фотоприемников, первый блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый блок согласования отсчетов, информационные входы которого соединены с выходами первого блока элементов ИСКЛЮ-. ЧМЩЕЕ ИЛИ, вход управления - с соответствующим выходом точного отсчета , выход старшего разряда первого блока согласования отсчётов соединен с входом управления второго блока согласования отсчетов, информационные выходы первого и второго блоков согласования отсчетов являются выходами среднего и грубого отсчетов преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повьшения технологичности преобразователя в него введены три блока компараторов , интерполятор среднего отсчета, матричный блок, формирователь опорного напряжения, второй и третий блоки элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ Ш1И и дополнительные фотоприемники по числу основных фотоприемников точного отсчета, шкала грубого отсчета кодового диска вьшолнена шкально-матричной , а щели точного отсчета индикаторного диска объединены в две диаметрально расположенные группы, причем расстояние между осями щелей первой группы равно половине кванта точного отсчета, а оси щелей второй «J группы смещены в одинаковом направлении на один квант относительно диа метров проходящих через оси соответствующих щелей первой группы, расстояние между осями щелей среднего отсчета индикаторного диска равно половине кванта среднего отсчета , основные и дополнительные фотоприемники точного отсчета объч единены в две соответствукицие груп9д 4;аь пы и расположены против щелей точного отсчета индикаторного диска, выСД ходы каждой пары диаметрально распоСО ложенных основного и .дополнительного фотоприемников точного отсчета соединены между собой дифференциально , выходы интерполятор точного отсчета соединены через первый блок компараторов с входами второго блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы интерполятора среднего отсчета соединены с информационными входами второго блока компараторов, выходы которого соединены с входами первого блока ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, фотоприем

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (ll) (51)4 Н 03 М 1/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

/"" -—

СПИ©1НРЕ 8306PETEHHR

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

/ (21) 3613488/24-24 (22) 01.07.83 (46) 30.08.85. Бюл. ¹ 32 (72) С.Х.Бабаян (71) Специальное конструкторское бю- ро Института радиофизики и электроники АН АрмССР (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 344482, кл. G 08 С 9/04, 1970.

Авторское свидетельство СССР

¹ 960883, кл. G 08 С 9/00, 1981. с

° °

° ° си (54) (57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий последовательно расположенные на оптической оси излучатели, индикаторный диск со щелями, кодовый диск со шкалой и фотоприемники грубого и сред.него отсчетов, основные фотоприемники точного отсчета, интерполятор точного отсчета, входы которого соединены с выходами соответствующих фотоприемников, первый блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый блок согласования отсчетов, информационные входы которого соединены с выходами первого блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вход управления — с соответствующим выходом точного отсчета, выход старшего разряда первого блока согласования отсчетов соединен с входом управления второго блока согласования отсчетов, информационные выходы первого и второго блоков согласования отсчетов являются выходами среднего и грубого отсчетов преобразователя, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения технологичности преобразователя, в него введены три блока компараторов„ интерполятор среднего отсчета, матричный блок, формирователь опорного напряжения, второй и третий блоки элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и дополнительные фотоприемники по числу основных фотоприемников точного отсчета, шкала грубого отсчета кодового диска выполнена шкально-матричной, а щели точного отсчета индикаторного диска объединены в две диаметрально расположенные группы, причем расстояние между осями щелей первой группы равно половине кванта точного отсчета, а оси щелей второй группы смещены в одинаковом направлении на один квант относительно диаМетров проходящих через оси соответствующих щелей первой группы, расстояние между осями щелей среднего отсчета индикаторного диска равно половине кванта среднего отсчета, основные и дополнительные фотоприемники точного отсчета объединены в две соответствующие группы и расположены против щелей точного отсчета индикаторного диска, выходы каждой пары диаметрально расположенных основного и,дополнительного фотоприемников точного отсчета соединены между собой дифференциально, выходь: интерполятор - точного отсчета соединены через первый блок компараторов с входами второго блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы интерполятора среднего отсчета соединены с информационными входами второго блока компараторов, выходы которого соединены с входами первого блока ИСКЛН)ЧАЮЩЕЕ ИЛИ, фотоприем1176453 ники среднего отсчета расположены против щелей среднего отсчета индикаторного диска, выходы фотоприемников среднего отсчета, расположенных против первой и второй .щелей среднего отсчета индикаторного диска, соединены с входами формирователя опорного напряжения, выходы всех фотоприемников среднего отсчета соединены с входами интерполятора среднего отсчета, выходы фотоприемников грубого отсчета соединены с информационными входами третьего блока ком-. параторов, выходы которого через последовательно соединенные матричный блок и третий блок элементов

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ И3И подключены к информаИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического устройства для преобразования углов поворота вала в код с большой точностью.

Целью изобретения является повышение технологичности преобразователя углов поворота вала в код.

На фиг. 10.представлен индикатор- 10 ный диск со щелями и фотоприемниками, на фиг. 1г) — структурная схема преобразователя; на фиг. 2 и 3— временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя, на фиг. 4 — !5 схема интерполятора среднего отсчета.

Преобразователь содержит кодовый диск 1, индикаторный диск (не показан) со щелями 2-5 первой, 6-9 вто- 20 рой групп точного отсчета (ТО) и

10-12 среднего отсчета (СО) фотоприемники 13-20 ТО, усилители 21-24, инт рполятор 25 ТО, блок 26 компараторов, блок 27 элементов ИСКЛЮЧАЮ- 25

ЩЕЕ ИЛИ, фотоприемники 28-30 СО, интерполятор 31 СО, блок 32 компараторов, блок 33 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, блок 34 согласования отсчетов, формирователь 35 опорного напряже- щ ния, фотоприемники 36 грубого отсчета (ГО), блок 37 компараторов, матричный блок 38 блок 39 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ционным входам второго блока согласования отсчетов, выход формирователя опорного напряжения соединен с опорными входами второго и третьего блоког. компараторов, выходы второго блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и последний выход первого блока компараторов являются выходами точного отсчета преобразователя.

2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что расстояние между щелями точного и среднего отсчетов индикаторного диска в пределах чувствительной поверхности

I фотоприемников выполнено кратным шагу деления соответствующей шкалы кодового диска.

ИЛИ, блок 40 согласования отсчетов, источники излучения (н е п ок аз аны) .

Преобразователь работает следующим образом.

При вращении измерительного диска 1 лучистый поток от излучателей, прошедший через щели 2-12 индикаторного диска, модулируется делениями шкалы кодового диска и принимается соответствующими фотоприемниками

13-20, 28, 29 и 36.

Однако на модуляцию лучистого потока сказываются дефекты изготовления кодовой шкалы. Поэтому на выходах фотоприемников генерируются сигналы, которые оказываются дополнительно модулированными.

Чтобы устранить влияние дефектов изготовления элементов преобразователя (неоднородность оптической плотности кодовой шкалы, непостоянство отношений кванта деления кодовой шкалы к ее щагу, торцовое биение кодово r шкалы и т.д.) на его точ. ность и надежность и повысить технологичность изготовления преобразователя в нем применен компенсационный метод формирования дискретных сигналов. С этой целью щели 2-9 ТО сконцентрированы в две группы, т.е. в одной группе они выполнены максимально близко одна к другой. Такое з 1176 расположение щелей позволяет на выходах фотоприемников 13-16 первой группы и фотоприемников 17-20 второй группы формировать сигналы, которые дополнительно одинаково модулированы в пределах группы.

Чтобы устранить влияние эксцентриситета на точность преобразования и обеспечить высокую надежность преобразователя, щели 3, 4 и 5 1О смещены относительно щели 2 соответственно на квант, 1/2 кванта и

3/4 кванта, а щели 6, 7, 8 и 9 второй группы расположены диаметрально относительно щелей первой группы и со смещением на квант деления относительно соответствующих щелей

2, 3, 4 и 5 первой группы. Фотоприемники 13-20, принимающие излучение, прошедшие через щели 2-9, расположенные диаметрально и имеющие смещение друг относительно друга на квант деления, соединены между собой дифференциально. Так, дифференциально соединены между собой фотоприемники 25

13 и 17, 15 и 19, 14 и 18, 15 и 20.

Такое соединение позволяет получить на выходах 41-44 четыре результирую— щих (квадратурных) сигнала, модулированных относительно нулевого уровня с фазовыми соотношениями соответо ственно О, 180, 90 и 270 и с амплитудами, в два раза превышающими амплитуды составляющих их сигналов.

Результирующие сигналы через соответ.

35 ствующие усилители 21-24 поступают на интерполятор 25, в котором формируются сигналы с промежуточными фазовыми сдвигами в циклическом коде. Число промежуточных фаз зависит от коэффициента интерполяции интерполятора 25.

С выхода интерполятора 25 сигналы, о имеющие сдвиг по фазе íà 180 поступают на неинвертирующие и инвертирующие входы блока 26 компараторов, на выходах которого формируются дискретные сигналы точного отсчета, которые поступают на вход блока 27 элементов ИСКЛЮЧАНМЦЕЕ ИЛИ, в котором преобразуются в двоичный код.

Так как щели 2-5 и 6-9 сконцентрированы в группы, то дефекты кодовой шкалы, радиальное и торцовое биение кодового и индикаторного 55 дисков и изменения внешних условий эксплуатации приводят к одновременному изменению на одну и ту же вели453 4 чину результирующих сигналов. Следовательно, на выходах .блока 26 компараторов формируются дискретные сигналы ТО, »а которые почти не сказываются вышеуказанные дефекты и изменение условий эксплуатации.

Дискретный сигнал нулевой фазы, сформированный из результирующих сигналов с выходов 41 и 43, которые в свою очередь соответственно. сформированы при помощи соседних щелей 2, 4 и 6, 5, реализующий старший разряд ТО, одновременно поступает на вход блока 34 согласования точного и среднего отсчетов.

Надежность преобразователя дополнительно может быть повышена применением учетверенных фотоприемников

13-20 и освещением щелей в группах одним излучателем.

Кроме того, модуляция результирующих сигналов на выходах 41-44 относительно нулевого уровня позволяет выбрать рабочую точку усилителей

2i-24 и блока 26 компараторов в середине их вольтамперных характеристик, что дает возможность практически без искажения формировать выход— ные сигналы.

Цвели 10, 11 и 12 СО (фиг.1) сконцентрированы в одну группу, причем щели 11 и 12 смещены относительно щели 10 соответственно на квант и

1/2 кванта.

Такое смещение позволяет на со— ответствующих входах фотоприемников

28-30 формировать сигналы с фазовыми о соотношениями О, 180 и 90 . Эти сигналы поступают на интерполятор 31, в котором при помощи резисторов

45 — 48 формируются дополнительные сигналы с фазовыми сдвигами соответственно 45 и 135

Число дополнительных фазосдвинутых сигналов при необходимости можно увеличить увеличением количества последовательно соединенных резисторов.

Сигналы 49-51 (фиг.4а) с выходов интерполятора 31 поступают на информационные входы блока 32 компараторов, на опорные входы которого поступает сигнал 52 с постоянным уровнем с выхода формирователя 35 опорного напряжения. Формирователем 35 алгебраически суммируются сигналы 49 и

50, имеющие друг относительно друга сдвиг по фазе на 180 . В результате

1176453 сектора с наименьшим делением определяется выражением WÄz мнн= 2" со ° например, 12-разрядный код может быть получен с трех дорожек шкалы кодового диска при помощи 12 фотоприемников °

Сигналы, снимаемые с выхода фотоприемников 36, поступают на одни входы. блока 37 компараторов, на другие входы которых поступаеъ сигнал

52 с постоянным уровнем с выхода

ЗО формирователя 35. С выходов блока

37 компараторов сигналы поступают на вход матричного блока 38, на выходах которого формируются сигналы в циклическом коде от (n+k+1) до (n+k+m) разРядов. Они поступают на вход блока 39 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, в котором прЕобразуются в две группы опережающих (n+k+1)p — (n+k+m)p + + 1 и отстающих (n+k+1)p — (n+k+m)p40 — Ч сигналов, которые поступают на соответствующие входы блока 40 согласования отсчетов. На фиг. 3 показаны временныедиаграммы,поясняющие формирование этихсигналов.Остальные

45 сигналы ГОформируются аналогично . суммирования формируется сигнал 52 с постоянным уровнем, равным половине амплитуд сигналов 49 и 50. Простейшая схема формирования постоянного уровня состоит из двух резисторов 52 и 53 (фиг.4 ), подключенных к выходам фотоприемников 28 и 29.

Предлагаемая схема интерполятора 31 позволяет на выходах блока 32 компа-, раторов формировать дискретные сигналы, на которые почти не сказываются дефекты кодовой шкалы, торцовое биение и изменения условий эксплуата ции преобразователя, так как происходит непрерывное слежение сигнала

52 за изменением сигналов на входах блока 32 компараторов.

Сигналы СО поступают на .блок 33 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, в котором преобразуются в опережающие (п+1)(n+k)g+ g и отстающие P(n+1) — (n+k)j(фиг.3, где k — - коэффициент интерполяции, показывающий число разрядов, снимаемых: с СО) по фазе разрядные сигналы, которые поступают на соответствующие входы блока

34 согласования точного отсчета со средним, на входы которого поступают также согласующие сигналы с предыдущих (младших) разрядов. Таким образом, согласование отсчетов осуществляется методом "двойной щетки", и с выходов блока 34 снимаются разрядные сигналы от (и+1) до (n+k) разрядов.

Для надежного согласования ТО с

СО в качестве согласующего сигнала выбран сигнал 54 (фиг.3), а для упрощения схемы блока 34 согласования отсчетов в преобразователе пред-. лагается согласовывать дискретные сигналы. Поэтому щели СО смещены м„ относительно щелей ТО на 4, где шаг деления кодовой шкалы.

Кодовая шкала ГО выполнена по шкально-матричной схеме, которая позволяет с минимального числа кодовых дорожек формировать разрядные сигналы, равные числу фотоприемников. При этом, учитывая принцип

10 согласования отсчетов, щели кодовой шкалы ГО располагаются так, чтобы на выходах блока 26 компараторов формировались сигналы, имеющие сдвиг по фазе относительно сигнала

15 старшего разряда канала СО на 90 который пропорционален величине

W — тогда величина шага деления

1176453

1176453 лр а®Ю

c9a

I (n ра I

Уоо (n "Г)

@uz, 2 (и+()р (n+s) 1176453 б) Составитель Ю.Котов

Техред А.Ач Корректор М.Пожо

Редактор И.Рыбченко

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 5376/55 Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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