Фотоэлектрический преобразователь угол-код

 

1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ-КОД, содержащий источник света, оптически соединенный через подвижный и неподвижный растры с четырьмя фотоприемниками, на подвижном и неподвижном растрах нанесена одна дорожка с прорезями, генератор импульсов, два нуль-органа , счетчик и фильтр, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя и уменьшения его габаритов, в него введены восемь перемножителей, два сумматора и два блока вычитания, два формирователя импульсов, элемент задержки, коммутатор, регистры точного и грубого отсчетов, фазорасщепитель , при этом на подвижном и неподвижном растрах дополнительно нанесена вторая дорожка, число прорезей которой на единицу больше числа прорезей первой дорожки, при этом первая и вторая пары фотоприемников установлены в зоне сопряжения соответственно первых и вторых дорожек , выход первого фотрприемника соединен с первым входом первого перемножителя, выход которого соединен с первым входом первого сумматора , выход которого через первый нуль-орган соединен с первым входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом коммутатора, первый выход которого подключен к управляющему входу регистра точного отсчета, выход второго фотоприемника соединен с первым входом второго перемножителя, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, выход первого фотоприемника соединен с первьтм входом третьего перемножителя, выход которого; подключен к первому входу первого блока вычитания, выход которого соединен с первым входом четвертого перемножителя, выход которого соединен с первым входом вто (Л рого блока вычитания, выход которого через второй нуль-орган соединен с первым входом второго формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, и через элемент задержки - с третьим входом коммутатора, второй выход которого со соединен с управляющим входом регистра грубого отсчета, выход второго фотоприемника соединен с первыми о эо входами пятого, шестого перемножителей , выход пятого перемножителя соединен с вторым входом первого блока вычитания, выход шестого перемножителя соединен с первьм входом второго сумматора, выход которого соединен с первым входом седьмого перемножителя, выход которого соединен с вторым входом второго блока вычитания, выход третьего.фотоприемника соединен с вторым входом пятого перемножителя и первым входом восьмого перемножителя, выход которого соединен с вторым входом второ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51) 4 Н 03 М 1/50

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3787832/24-24 (22) 29.06.84 (46) 07.12.85. Бюл. Р 45 (72) В.В.Титов и А.П.Швед (53) 681.325(088.8) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО, ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ.(56) Авторское свидетельство СССР

N- 830475, кл. С 08 С 9/06, 1979..

Авторское свидетельство СССР

У 424208, кл. G 08 С 9/06, 1974. (54)(57) 1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ-КОД, содержащий источник света, оптически соединенный через подвижный и неподвижный растры с четырьмя фотоприемниками, на подвижном и неподвижном растрах нанесена одна дорожка с прорезями, генератор импульсов, два нуль-органа, счетчик и фильтр, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя и уменьшения его габаритов, в него введены восемь перемножителей, два сумматора и два блока вычитания, два формирователя импульсов, элемент задержки, коммутатор, регистры точного и грубого отсчетов, фазорасщепитель, при этом на подвижном и неподвижном растрах дополнительно нанесена вторая дорожка, число прорезей которой на единицу больше числа прорезей первой дорожки, при этом первая и вторая пары фотоприемников установлены в зоне сопряжения соответственно первых и вторых дорожек, выход первого фотоприемника соединен с первым входом первого перемножителя, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход которого через первый нуль-орган соединен с первым входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом коммутатора, первый выход которого подключен к управляющему входу регистра точного отсчета, выход вто. рого фотоприемника соединен с первым входом второго перемножителя, выход которого подключен К второму входу первого сумматора, выход первого фотоприемника соединен с первым входом третьего перемножителя, выход которого подключен к первому входу первого блока вычитания, выход которого соединен с первым входом . четвертого перемножителя, выход которого соединен с первым входом второго блока вычитания, выход которого через второй нуль-орган соединен с первым входом второго формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, и через . элемент задержки — с третьим входом коммутатора, второй выход которого соединен с управляющим входом регист. ра грубого отсчета, выход второго фотоприемника соединен с первыми входами пятого, шестого перемножителей, выход пятого перемножителя соединен с вторым входом первого блока вычитания, выход шестого перемножителя соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с первым входом седьмого. перемножителя, выход которого соединен с вторым входом второго блока вычитания, выход третьего.фотоприемника соединен с вторым входом пятого перемножителя и первым входом восьмого перемножителя, выход которого соединен с вторым входом второro сумматора, выход четвертого фотоприемника соединен с вторыми входами третьего и шестого перемножителей, выход генератора импульсов соединен с вторыми входами первого и второго формирователей импульсов и входом. счетчика, выходы которого соединены с входами регистров точного и грубого отсчета, выход последнего разряда счетчика подключен к четвертому входу коммутатора и через фильтр — к входу фазорасщепителя, первый выход которого соединен с вторыми входами первого и

Э четвертого перемножителей, а второй — с вторыми входами второго и седьмого перемножителей, выход первого фотоприемника соединен с вторым входом восьмого перемножителя.

2. Преобразователь угол-код цо и. 1, отличающийся тем, что коммутатор содержит два триггера, инвертор, два элемента

И-НЕ, три элемента И, элемент ИЛИ, первый вход коммутатора соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с первыми

1197081 входами первого и второго элементов.

И-НЕ и является первым выходом комI мутатора, выходы которых соединены с первым и вторым входами первого триггера соответственно, прямой выход которого соединен с первым входом,второго элемента И, а инверсный — с первым входом третьего элемента И, выходы второго и третьего элементов

И подключены к первому и второму входам элемента ИЛИ, выход которого, является вторым выходом коммутатора, второй вход коммутатора под.ключен к второму входу второго элемента И, третий вход которого соединен с инверсным выходом второго триггера, третий вход коммутатора соединен с вторым входом третьего элемента И, третий вход которого соединен с инверсным выходом второго триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, четвертый .вход коммута- тора соединен с прямым входом второго триггера и вторым входом второго элемента И-НЕ и через инвертор — с вторым входом первого элемента И-НЕ.

Изобретение относится к автоматике и контрольно-измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления и регулирования. 5

Целью изобретения является повышение точности преобразователя и уменьшение его габаритов.

На фиг. 1 изображена структурная схема преобразователя, на фиг.2 — 10 структурная .схема коммутатора.

Преобразователь содержит источник 1 света, подвижный растр 2, неподвижный растр 3, фотоприемники

4-7, перемножители 8-11, .блок 12 15 вычитания, сумматор 13, перемножители 14-17, сумматор 18, блок 19 вычитания, генератор,20 импульсов, счетчик 2 1, фильтр 22, фазорасщепитель 23, коммутатор 24,регистр 25 20 точного отсчета, регистр 26 грубого отсчета, блок 27 формирования сигнала канала точного отсчета, содер2 жащий нуль-орган 28 и формирователь

29 импульсов, блок 30 формирования сигнала канала грубого отсчета, нуль-орган 31, формирователь 32 импульсов, элемент 33 задержки.

Коммутатор содержит два триггера

34 и 35, инвертор 36, два элемента

И-НЕ 37 и 38, три элемента И 39-41, элемент ИЛИ 42.

Преобразователь работает следующим образом.

Подвижный 2 и неподвижный 3 растры,на каждом из которых нанесено по две дорожки с числом штрихов

N u N + t освещаются источником 1 света и при перемещении подвижного растра 2, осуществляют манипуляцию светового потока на входе фотоприемников 4-7. В каждой паре фотоприемники сдвинуты на 1/4 шага шкалы, поэтому на выходе пар фотоприемников

4, 5 и 6, 7 формируются сигналы вида

sin N<, cos N и sin(N + 1), cos(N + 1)<, (где ес — угол поворота подвижного растра).

Для формирования точного отсчета. сигналы с фотоприемников 4 и 5 пере множаются с сигналами несущей частоты sin tJp t u cos Up t соответст венно от фазорасщепителя. 23 в перемножителях 16 и 17 и затем суммируются в сумматоре 18.

Для формирования кода грубого отсчета сигналы с фотоприемников

4, 5 и. 6, 7 подаются на соответствующие входы перемножителей 8, 9 и 1 0 у 1 1 е Сигналы Пз, U9 у U )p Пц с перемножителей 8,9 и 10, 11 после выполнения операций вычитания и сложения в блоке 12 вычитания и сумматоре 13, поступают на первые входы перемножителей 14 и 15, на вторые входы которых поступают соответственно сигналы несущей частоты sin llpt u cos Оp t с фазорасщепителя 23. Сигналы U 4 и U 5 с перемножителей 14 и 15 поступают . на вход блока 19 вычитания.

С учетом проделанных операций над входными сигналами с датчика,. выращение U > на выходе блока 19 вычитания имеет следующий вид

U)g Ug U = sin N< cos (N +

+ 1) S — cos Nz s in(N + 1) oc =

= -з1пы;

U q = U, + U . = cos N< cos(N +

+ 1)g, + sin И sin(N + 1)сб =

cosg. (1)

U p = U(q cos Opt

U< sin 0 t = cos(0p t — oC ) .

Из выражения (1) следует, что на ,выходе блока 19 вычитания формируется сигнал постоянной амплитуды с частотой опорного напряжения, электрическая фаза которого линейно зависит от угла поворота подвижного растра и изменяется от 0 до

360 за полный оборот.

Синусоидальные сигналы U s, U подаются на входы блоков 27 и 30 формирования сигналов каналов точного и грубого отсчета соответственно, Блок 27 формирования сигнала канала точного отсчета содержит нуль-орган 28, который фиксирует момент перехода через нуль напряжения U » и. формирователь 29 импуль-" сов, который формирует импульс малой длительности по нуль-переходу е

1197081 и синхронизирует его импульсами генератора 20 импульсов для избежания неопределенности считывания на числовой границе из-за непределеннос ти переброса триггеров счетчика 2 1 путем введения цепи синхронизации ат генератора 20 импульсов на вход формирователя 29 импульсов, которая смещает фазовый импульс от число-!

О вой границы.

Блок 30 формирования сигнала канала грубого отсчета содержит аналогичные нуль-орган 31, формирователь 32 импульсов, а также элемент 33 задержки.

Сформированный фазовый импульс точного отсчета с формирователя 29 импульсов поступает на первый вход коммутатора 24, на второй и третий

Bxogbl KoToporo поступают прямой с формирователя 32 импульсов и задержанный с элемента 33 задержки фазовые импульсы грубого отсчета, на четвертый вход блока согласования и подключения отсчетов поступает сигнал со старшего разряда счетчика 21.

Полный цикл работы,преобразователя содержит два периода несущей частоты Мо. В первом периоде опре30 деляется код точного отсчета, а во втором †.код грубого отсчета.

Коммутация отсчетов происходит следующим образом.

Сигнал со старшего разряда счетчика 21 поступает. на счетный вход триггера 34, первый вход .элемента 37 через инвертор 36 на первый:. вход элемента 38, при этом на вторые входы элементов 37 и 38 подается

40 выходной сигнал элемента 39, первый вход которого соединен с прямым выходом триггера 34, а на второй падается фазовый импульс точного отсчета с формирователя 29 импульсов.

45 Выход элемента 39 подсоединен к управляющему входу регистра 25. Выходные сигналы с элементов 37 и 38 подаются соответственно на, первый и второй входы триггера 35, прямой

50 и инверсный выходы которого подсоединены соответственно к первым входам элементов 40 и 41, вторые входы Которых соединены с инверсным выходом триггера 34. На третий вход элемен55,та И 40 подается прямой фазовый импульс грубого отсчета с формирователя 32 импульсов, а на третий вход элемента 41 задержанный с элемента

5 11

33 задержки. Выходные сигналы с эле ментов 40 и 41 поступают на вход элемента 42, выход которого подсоединен к управляющему входу регистра 26. .В первый период несущей частоты коммутатор 24 подключает фазовый импульс точного отсчета к управляющему входу регистра 25 точного отсчета, информационные входы которого соединены со соответствующими выходами счетчика 2 1, т.е.. фазовый импульс точного отсчета, появившийся в момент времени, когда на выходе счетчика 2 1 фиксируется код пропорциональный И, разрешает прохождение этого кода на выходы регистра 25 точного отсчета, т. е. с выходов регистра 25 точного отсчета в первый период несущей частоты снимается .код точного отсчета.

Во второй период несущей частоты коммутатор 24 подключает прямой или задержанный фазовый импульс грубого отсчета к управляющему входу регистра кода грубого отсчета, информационные входы которых соединены с соответствующими выходами счетчика 21. На выходах регистра кода грубого отсчета в этот момент времени фиксируется код грубого отсчета, пропорциональный углу е .

Подключение прямого или задержанного фазового импульса грубого отсчета в коммутаторе 24 определяется кодом старшего разряда точного отсчета, полученного в первом периоде несущей частоты, т. е. стыков" ка ьтсчетов осуществляется по методу

"электрической двойной щетки", где опережение или отставание фазового импульса грубого отсчета в зависимости от. кода старшего разряда точного отсчета должно составлять

97081 d

1/4 кванта младшего разряда грубого отсчета.

Практически такая логика реализуется следующим образом.

5 Нуль-орган 31 блока 30 формирования сигнала канала грубого отсчета выполняется со смещенным уровнем срабатывания, так как вырабатываемый формирователем 32 фазовый импульс грубого отсчета проявляется с опережением Р„ равным 1/4 кванта младшего разряда грубого отсчета, а на коммутатор подаются два сиг нала, искосый и задержанный на 2Р в элементе 33 задержки, тогда если . в первом периоде несущей частоты в момент прихода фазового импульса точного отсчета код старшего разряда счетчик 2 1 "0", то во втором периоде несущей частоты к управляющему входу регистра 26 кода грубого отсчета, коммутатор 24 подключает задержанный фазовый импульс грубого отсчета, а если код старшего разряда счетчика 21 " 1", то подключается прямой фазовый импульс грубого отсчета.

Таким образом, в предлагаемом устройстве реализованы преимущест30 ва кодовых преобразователей считывания, а именно обеспечение съема

:информации об угловом положении вала относительно нулевого отсчета и восстановление информации относительно нулевого отсчета при кратковременных сбоях или отключении питания и кратковременном выходе из строя отдельных функциональных узлов.

Кроме того, повышается точность

4р преобразователя и уменьшаются габариты его кодирующего устройства, поскольку используются всего,две растровые дорожки и только четыре фотоприемника.

1!97081

1197081

Составитель Д.Сухов

Редактор Г.Волкова Техред А.Ач Корректор M.Ìàêñèìèéèíåö

Заказ 7576/58 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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