Преобразователь угла поворота вала в код

 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при измерении относительных углов в геодезии, машиностроении, научных исследованиях и др. областях. С целью повьшения точности преобразователя в него введены дополнительный осветитель, две щелевые диафрагмы, а блок формирования выходных сигналов выполнен содержащим два аналоговых ключа, шесть формирователей импульсов, одновибратор, три элемента ИЛИ, два триггера и преобразователь временных интервалов в код. При вращении зеркала, установленного под углом 45° к плоскости вращения, на выходе фотоприемника формируются стартовые и стоповые импульсы, пропорциональные углу поворота осветителя и положению зеркала относительно осветителя. Эти импульсы являются управляющими для задания работы блока формирования выходного сигнала. Длительность сигнала , сформированного между мрментом поступления стартового импульса и между моментом поступления стопового импульса, пропорциональна относительному угловому перемещению вала преобразователя и зеркала. Этот сигнал преобразуется в код. 2 ил. i О) 1C ts9 00 Is9 00

союз советсних социмистичесних

РЕСПжЛИН

А1 (д) 4 Н 03 И 1/24

HblA НОМИТЕТ СССР (21) 3713756/24-24 (22) 21,03.84 (46) 30.04.86. Бюл, Ф 16 (71) Харьковский автомобильно-дорожный институт им. Комсомола Украины (72) К.И.Богатыренко, А.B.Ãîðóøêèí и В.Е.Тырса (53) 681.325(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 385253, кл. G 08 С 9/06, 1971.

Катыс Г.П.Оптико-электронная обработка информации. N.: Машиностроение 1973, с.309, рис.177а. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА

ВАЛА В КОД (57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при измерении относительных углов в геодезии, машиностроении, научных исследованиях и др. областях. С целью повышения точности преобразователя в него введены дополнительный осветитель, две

„„SU„„1228281 щелевые диафрагмы, а блок формирования выходных сигналов выполнен содержащим два аналоговых ключа, шесть формирователей импульсов, одновибратор, три элемента ИЛИ, два триггера и преобразователь временных интервалов в код. При вращении зеркала, установленного под углом 45 к плоскости вращения, на выходе фотоприемника формируются стартовые и стоповые импульсы, пропорциональные углу поворота осветителя и положению зеркала относительно осветителя. Эти импульсы являются управляющими для задания работы блока формирования выходного сигнала. Длительность сигнала, сформированного между моментом поступления стартового импульса и между моментом поступления стопового импульса, пропорциональна относительному угловому перемещению вала преобразователя и зеркала. Этот сигнал преобразуется в код. 2 ил.

1228281

;Я

5О

5 !

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано при измерении относительных углов в геодезии, машиностроении, научных исследованиях и других областях.

Цель изобретения — повышение точности преобразователя угла поворота вала в код.

На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя угла поворота вала в код; на фиг.2 — структурная схема дискриминатора уровня.

Преобразователь содержит входной вал 1, ось вращения которого совпадает с осью OY двигатель 2, на валу которого закреплено зеркало 3, объектив 4, диафрагму 5, фотоприемник б, основной и дополнительный осветители 7 и 8, перед которыми установлены щелевые диафрагмы 9 и 10 соответственно, блок ll формирования выходного сигнала, который содержит формирователи 12 и 13 импульсов, преобразователь 14 временных интервалов в код, ключи 15 и 16, формирователи

17-20 импульсов, одновибратор 21, элементы ИЛИ 22,23 и 24, триггеры 25 и 26.

Двигатель 2, объектив 4, диафрагма 5 и осветитель 7 со щелевой диафрагмой 9 установлены на неподвижном основании (не показано), а осветитель 8 со щелевой диафрагмой 10 связан с входным валом !.

Преобразователь работает следующим образом.

При вращении зеркала 3 вокруг оск

ОУ с угловой скоростью ) изображение чувствительной площадки фотоприемника 6, ограниченное диафрагмой 5, сканирует в плоскости ХОЕ, в которой находятся осветители 7 и 8 с установленными перед ними щелевыми диафрагмами 9 и 10. При сканировании щелей диафрагм 9 и 10 на выходе фотоприемника 6 формируются стартовые к стоповые импульсы соответственно, временной интервал ht между которымк характеризует угол поворота с входного вала 1 относительно основания.

С выхода фотоприемника б эти импульсы подаются на вход блока 11. Ширина стартовых и стоповых импульсов определяется шириной щелей диафрагм

9 и 1О. В преобразователе ширина щели диафрагмы 9 больше ширины щели диафрагмы 10. При этом длительность (ь, стартового импульса больше длительности, стопового импульса. Параметры одновкбратора 21 подобраны таким образом,, что длительность с кма пульсов, формкруемьгх последним, постоянна и лежит в интервале (а с

1 например ., = 0,5(i, + „). Исходное состояние триггеров 25 к 26 нулевое (,команда "Установка в 0 через элементы 23 ИЛИ к 24 подается на вход до начала цикла измсренкй на 3--входы триггеров 25 к 26 соответственно), следовательно, ключи 15 к 16 по управляющим входам, соединенным с прямыми выходамк триггеров 25 к 26 соответственно, закрыты. Импульс с выхода фотоприемника б подается на вход формирователя 17, который по фронту этого импульса формкрует импульс запуска одновибратора 21. Последний формирует на выходе импульс длительностью „ . По срезу этого импульса формирователь 18 формирует импульс, который через элемент 22 ИЛИ г.оступает на S -вход триггера 25, :го вызывает переход последнего в единичное состояние и, следовательно, ключ 15 по управляющему входу открь1вается.

Очевидно, что если первый импульс на выходе фотоприемника 6 имеет длительность (стоповый кмгульс,, то он на вход формирователей 12 к

13 не поступает (к моменту открыва нкя ключ 15 по управляющему входу этот импульс уже закончится)., к схема подготовлена к беспрепятственному прохождению стартового импульса, . длительностью (, > „, через ключ

15 на вход формирователя 12 (прк этом очередной импульс формкрователя 18 подтверждает единичное состояние триггера 25). По. срезу старто-.

/ вого импульса„ длительностью „ ;некоторому уровню а 0,5 А, :qe А — амплитуда стартового импульсa), формирователь 19 формирует импульс, который пос;.упает через элемент ИЛИ 23 на Р,--вход триггера 25, переводя его в нулевое состояние (ключ 15 закрывается),, и на Б-вход триггера 26, переводя его в единичное состояние.

Прк этом ключ 16 по управляющему входу открывается. Следовательно, очередной стаповый импульс, длительностью, беспрепятственно поступает через ключ 16 на вход формирователя 13. По срезу стопового импульса (уровню a(0,5 А) формкрова1228281 тель 20 формирует импульс, который подается через элементы ИЛИ 22 и 24 на Б-;вход триггера 25 и H-вход триггера 26 соответственно. При этом триггер 25 переходит в единичное состояние, а триггер 26 — в нулевое, что обеспечивает условия для прохождения очередного стартового импульса на вход формирователя 12 (импульсом формирователя 18 через время ь,-, подтвердится единичное состояние триггера 25). В дальнейшем работа элементов блока

11 повторяется.

Если же первым на вход блока 11 поступает стартовый импульс, длительностью, ), то в течение времени (времени срабатывания одновибратора и, следовательно, перехода триггера 25 из нулевого в единичное состояние) ключ 15 остаА. ется закрытым. Через время L, ключ

15 откроется, и стартовый импульс, длительностью,-,, поступает на вход формирователя 12.

Для исключения связанной с этим погрешности формирователь 12 должен обеспечивать временную привязку к срезу стартового импульса (по уровню 0,5 А). Так как во всем цикле измерений "обрезается" только лишь первый стартовый импульс (в дальнейшем работа элементов блока ll абсолютно аналогична выше описанному случаю), а преобразователь 14 временных интервалов в код может быть включен после включения блока 11 в целом (достаточное, чтобы эта задержка была больше Т, где Т =

2> — период развертывания), можно

< ) осуществлять временную привязку и к фронту стартового импульса (по уровню 0,5 А).

Точность преобразования угла о . поворота входного вала 1 в код зависит как от точности преобразователя в код интервала pt, так и от точности преобразования угла d во временной интервал 6t. Точность этого преобразования при пороговой обработке существенно зависит от длительности фронтов импульсов t,+ формируемых на выходе фотоприемника

6. При этом чем выше крутизна фронта импульса (меньше tq, ) при заданном пороге срабатывания формирователей 12 и 13, тем меньше погрешность преобразования угла Ы во временной интервал Ь t. Длительность фронта t зависит от диаметра 5 диафрагмы 5, ее расстояния от объекти5 ва 4, параметров последнего (фокусного расстояния и диаметра входного зрачка), расстояния 1 от оси вращения зеркала 3 до изображения диафрагмы, равного расстоянию от этой оси до каждой из щелевых диафрагм 9 и 10, и угловой скорости 1 вращения зеркала 3. Если диафрагма 5 имеет диаметр D> 2r (r — радиус первого темного кольца в дифракционном изображении светящейся точки, находящейся в пределах щелевой диафрагмы), а ширина d щелей 9 и 1О такова, что

t (d> D (D — диаметр изображения диафрагмы 5), длительность фронта импуль20 сов, формируемых на выходе фотоприемника 6, может быть определена по формуле

Э + r

t ср 1 Ъ

25 где r — радиус первого темного кольца (кружка Эри), отнесенный в плоскость осветителей (плоскость XOZ).

Так как расстояние от диафрагмы

5 до объектива выбрано больше его двойного фокусного расстояния, то изображение диафрагмы 5 в плоскости

XOZ уменьшенное. Это позволяет получить малую длительность фронтов импульсов t, формируемых на выходе фотоприемника 6, ограниченную лишь дифракцией, и эффективнее использовать

40 чувствительную площадку фотоприемника 6.

Кроме того, так как расстояние 1 от оси вращения зеркала до изображе45 ния диафрагмы 5 равно расстояниям от этой оси до каждой из щелевых диафрагм, последние при вращении зеркала выполняют функции ножей Фуко, т.е. модуляторов, совмещенных с плоскостью

50 изображения диафрагмы 5. Это позволяет получить наименьшую длительность фронтов t импульсов и освещать при этом чувствительную площадку фотоприемника 6, ограниченную диафрагмой 5, 55 пятном неизменного размера, освещенность которого за время t+ изменяется от минимального до максимального значения.

5 1228281 ф

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий оптически соединенные основной осветитель, плоское зеркало, установленное на валу электродвигателя под углом к плоскости вращения вала, объектив, диафрагму, фотоприемник, блок формирования выходного сигнала, о т л и ч а- 1G ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены дополнительный осветитель, первая и вторая щелевые диафрагмы, выполненные с различной шириной ще- 15 лей, а блок формирования выходного сигнала содержит два ключа, шесть формирователей импульсов, одновибратор, три элемента ИЛИ, два триггера и преобразователь временных интерва- 20 лов в код, первая и вторая щелевые диафрагмы расположены в оптически сопряженных плоскостях, дополнительный осветитель кинематически соединен с валом контролируемого объекта и 2- > оптически соединен через первую щелевую диафрагму с плоским зеркалом, вторая щелевая диафрагма расположена на оптической оси между основным осветителем и плоским зеркалом, а оп- 30 тические оси основного и дополнительного осветителей расположены в плоскости, проходящей через центр вращения плоского зеркала перпендикулярно оси вала электродвигателя, г,ервые входы ключей и вход первого формирователя импульсов объединены и

-являются входом блока формирования выхсдного сигнала, соединенным с выходом фотоприемника, выход первого формирователя импульсов через последовательно соединенные одновибратор и второй формирователь импульсов соединен с первым входом первого элемента ИЛИ. выход которого соединен с первым входом первого триггера, выход которого соединен с вторым входом первого ключа, выход которого соединен через третий формирователь импульсов с первыми входами второго элемента ИЛИ и второго триггера, через четвертый формирователь импульсов — с первым входом преобразователя временных интервалов в код., выход второго триггера соединен с вторым входом второго ключа, зыход которого соединен через пятый формирователь импульсов с вторым входом преобразователя временных интервалов в код и через шестой формирователь импульсов с вторым входом первого элемента

ИЛИ и с первым входом третьего элемента ИЛИ, вторые входы второго и третьего элементов ИЛИ объединены и являются входом установки начального состояния,, выходы второго и третьего элементов ИЛИ соединены с вторыми входами первого и второго триггеров соответственно.

122828).

Составитель Ю.Котов

Редактор Т.Митейко Техред И.Верее Корректор Т. Колб

Заказ 2297/58

Тираж 81б Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4