Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код

 

Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код относится к вычислительной технике и может быть использован в системах автоматического регулирования и управления. Цель изобретения - повышение точности преобразователя за счет снижения динамической погрешности. Преобразователь содержит излучатель 1, кодовые подвижный и неподвижньй элементы 2 и 3 с дорожками 4 и 5, фотоприемники 6 и 7, нуль-органы 8, 12 и 13, формирователь 9 импульсов, делитель 10 частоты, инвертор 11, триггер 14, элементы И 15 и 16, счетчик 17 и регистр 18. При вращении подвижного элемента 2 формируются три последовательности сигналов, синхронизированные между собой. При этом только в одном положении вала преобразователя фазы этих сигналов совпадают . Это положение принимается за нулевое положение. При вращении вала преобразователя эти последовательности автоматически синхронизируются , так как они жестко связаны сопрягаемыми системами дорожек 4 и 3 элементов 2 и 3. 2 ил. (Л 1чЭ со оо ьр оо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (511 4 H 03 М 1/24

»" ее

7 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Г

I@

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3801288/24-24 (22) 10. 10.84 (46) 23.05.86. Бюл. Ф 19 (72) В. В. Титов (53) 68 1.325(088.8) (56) Преснухин Л. и др. Муаровые растровые датчики положения и их применения. M.: Машиностроение,1969, с.132.

Авторское свидетельство СССР

У 720458, кл G 08 С 9/06, 1977. (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД (57) Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код относится к вычислительной технике и может быть использован в системах автоматического регулирования и управления. Цель изобретения — повышение точности преобразователя за счет снижения дина„„SU„„1233280 А1 мической погрешности. Преобразователь содержит излучатель 1, кодовые подвижный и неподвижный элементы 2 и 3 с дорожками 4 и 5, фотоприемники

6 и 7, нуль-органы 8, 12 и 13, формирователь 9 импульсов, делитель 10 частоты, инвертор 1 1, триггер 14, элементы И 15 и 16, счетчик 17 и регистр 18. При вращении подвижного элемента 2 формируются три последовательности сигналов, синхронизированные между собой. При этом только в одном положении вала преобразователя фазы этих сигналов совпа дают. Это положение принимается за нулевое положение. При вращении вала преобразователя эти последовательности автоматически синхронизируются, так как они жестко связаны сопрягаемыми системами дорожек. 4 и

5 элементов 2 и 3. 2 ил.

1233280

2н

2 "(2".1) 40

Т = 1/2 Я

Т,= 1/2" (2+1) <

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено в системах автоматического регулирования и управления.

Цель изобретения — повышение точности преобразователя за счет снижения динамической погрешности, возникающей при повьппенных частотах вращения вала преобразователя.

На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь содержит излучатель 1, подвижный и неподвижный кодо»

t5 вые элементы 2 и 3 соответственно с дорожками 4 и 5, фотоприемники б и

7, нуль-орган 8, формирователь 9 импульсов, делитель 10 частоты, инвер-

20 тор 11, нуль-органы 12 и 13, триггер

14, элементы И 15 и 16, счетчик 17 и регистр 18.

Преобразователь работает следующим образом.

При вращении подвижного кодового элемента 2 относительно неподвижного кодового элемента 3 происходит модуляция светового потока от излучателя 1, которая воспроизводится на выходе фотоприемников б и 7 в ниде периодических сигналов.

Так как элементы 2 и 3 содержат по две дорожки 4 и 5 с числом штрихов, соответственно равных N = 2 и N = 2" н 1 Я. (2 + 1), с фотоприемников 6 и 7 снимаются сигналы П, 1J, (фиг.2, поз.19 и 20) sin 2 Я

U,= U sin 2 (2" + 1)Яе периоды Т и Т которых соответственно равны гдеп=1,2,3

Я вЂ” угловая скорость вращения подвижного элемента 2, с

Сигнал U предварительно преобразованный в формирователе 9 в сигнал прямоугольной формы той же частоты (поз.21), поступает на вход делителя 10 частоты, обеспечивающего деh ление на величину, равную 2 . На выходе целителя 10 частоты формируется

IT(..ледовательность импул -соя прямоугольной формы, период Т (фиг.2, поз.22) которых равен

Т = 1/(2 + 1) Я

Таким образом, в преобразователе формируется три синхронизированных между собой сигнала с периодами Т

Т„, Т„ . За полный оборот подвижного элемента 2 число периодов N N. N

ii i 3 этих сигналов равно

+1), N =(2+

Для упрощения сигналы 19, 20 и 22 (фиг„2) рассмотрены для случая, когда n= 2.

При вращении подвижного элемента

2 (фиг.2) сигнал с делителя 10 частоты смещается по фазе относительно сигнала U . При этом только в одном положении их фазы совпадают. Это положение принимается за нулевой отсчет,.

При смещении на угол, равный одному шагу дорожки с числом N< штрихов, фазовый сцвиг й, равен разности периодов сигнала Б и сигнала с делителя 10 частоты. При перемещении на два шага фазовый сдвиг 4 равен удвоенной разности (A = 2п ) этих х периодов и т. д. В общем случае при развороте на j целых шагов дорожки 5 элемента 2 фазовый сдвиг Qj между этими сигналами равен где j = 1, 2, 3,..., N = 2

С учетом того, что число штрихов

N на дорожке 5 равно N = 2 " (2 +1) =

N,- N, выражение (1) может быть представлено в виде

2Ti j

6j =— (21

N N

Из выражении (1), (2) следует, что в преобразователе угловому перемещению подвижного элемента 2 íà j целых шагов дорожки 5 ставится в соответствие то же количество периодов сигнала U, с дорожки 4, которое размещается в интервале, равном фазовому сдвигу между сигналом U6 и сигналом с делителя 10 частоты.

Из выражения (2) видно, что начало отсчета, соответствующее нулевому фазовому сдвигу (й = О), будет при j =0.

Угловому перемещению на 180 соответствует условие, когда j = 0,5 при этом фа авьп сдвиг Д равеH полови15 з 1233 не периода сигнала N с делителя 10 з частоты, т. е. и = П/N в котором укладывается О, 5 N, периодов сигнала 13,.

Угловому перемещению растра на

360 соответствует условие, когда

И,при этом фазовый сдвиг.й равен периоду сигнала N с делителя 10 частоты, т.е. и = 211/М,, в котором укладывается N, периодов сигнала U,. 10

Позиционный съем информации об угловом перемещении относительно нулевого положения обеспечивается следующим образом.

Сигналы с делителя 10 частоты и

U подаются на входы нуль-органов 12 б и 8, в которых формируются импульсы

23 и 24 в моменты перехода сигналов через нуль. Эти импульсы управляют триггером 14, на прямом выходе которого формируется прямоугольный сигнал

25, длительностью которого пропорциональна фазовому сдвигу между сигналом

U и сигналом с делителя 1О частоты.

Прямой и инверсный сигналы с триг25 гера 14 подаются на входы элементов

И 15 и 16. Импульсы с формирователя

9, предварительно проинвертированные, поступают на вход нуль-органа 13.

Сформированные нуль-органом 13 импульсы 26 поступают также на входы элеменЗО тов И 15 и 16. С выхода элемента И

15 в счегчик 17 поступаю импульсы 27 количество которых в каждом цикле измерения равно числу целых шагов дорожки 5. Цикл измерения, равный 35 периоду сигнала U, каждый раз завершается в момент появления сигнала с нуль-органа S, который одновременно дает разрешение на стирание в регистре 18 информации об угле, произ- 40 веденной в предыдущем цикле измерения, и дает разрешение на перезапись в обнуленный регистр 18 текущей информации об угле из счетчика 17.

Счетчик 17 обнуляется первым импуль- 45 сом 28 с элемента И 16 следующим за импульсом с нуль-органа 8. Этим самым счетчик 17 подготавливается для приема информации об угле в следующем цикле измерения. Информация 50 об измеренном угле хранится в регистре 18 до момента завершения следую280 щего цикла, равного периоду .сигнала

Б или повороту на шаг дорожки 5.

При этом динамическая погрешность в преобразователе принципиально отсутствует, поскольку фазовые и частотные соотношения между информационными сигналами U и U и сигналом

7 с делителя 10 частоты жестко завязаны сопроягаемыми системами дорожек 4 и 5 и при изменении угловых скоростей вращения вала происходит автоматическая синхронизация частот этих сигналов.

Формула изобретения

Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий оптически соединенные излучатель, подвижный и неподвижный кодовые элементы с первыми и вторыми дорожками и первый и второй фотоприемники, формирователь импульсов, инвертор, первый и второй элементы И, выходы которых соединены с соответствующими входами счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены первый, второй и третий нуль-органы, делитель часто-. ты, триггер и регистр, первые дорожки подвижного и неподвижного кодовых элементов выполнены с числом штрихов

Я, = 2", где и = 1, 2, 3,..., авторые дорожки выполнены с числом штрихов М = 2 (2"+1), выход первого фотоприемника через первый нуль-орган соединен с первым входом триггера и управляющим входом регистра, выход второго фотоприемника через формирователь импульсов соединен с входами делителя частоты и инвертора, выход которого через второй нуль-орган соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выход делителя частоты через третий нульорган соединен с вторым входом триггера, выходы которого соединены с вторыми входами первого и второго элементов И, выходы счетчика соединены с информационными входами регистра, а выходы регистра являются выходами преобразователя.

1233280 га

Редактор А.Сабо

Заказ 2782/57 Тираж 816 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Жк 35, Раушская наб., д. ч/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г,Ужг !putt,,ул.Проектная, 23

2Ь

26

27

Составитель Ю. Котов

Техред О.Сопко Корректор С.Черни