Преобразователь перемещения в код

 

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Ш4 Н 03 М 1/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3770323/24-24 .(22) 06,07,84 (46) 30.06.86. Бил. В 24 (72) А, И. Никонов, В. Я. Гофин, И, Х. Хайруллин, Л. П. Федосеев и В. Н. Шевяков (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 527723, кл. G 08 С 9/00, 1975.

Авторское свидетельство СССР

1 649006, кл. G 08 С 9/00, 1977. (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

В КОД, содержащий подвижный элемент,. расположенный против считывающих элементов, выходы первого и второго считывающих элементов соединены с ,входами соответственно первого и второго пороговых элементов, дешифратор, первый и второй формировате ли импульсов, преобразователь кода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобра зования, в него введены К дополни тельных считывающих элементов, блок

N+1 компараторов, блок N пороговых элементов и триггер, выходы первого, „.,Я0„„1241474 А 1 второго и N дополнительных считывающих элементов соединены с входами блока И+1 компараторов, первый и последний выходы которого соединены с входами соответственно первого н второго формирователей импульсов, вью ходы N дополнительных считывающих элементов соединены с входами блока

N пороговых элементов, выходы первого и второго пороговых элементов и блока N пороговых элементов соединены

:с первой группой входов дешнфратора, вы ходы первого и второго формирователей импульсов соединены соответственно с первым и последним входами второй группы входов дешифратора, выходы блоха N+1 компараторов соединены с остальными входами второй группы входов дешифратора, первый и послед. ний выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами триггера выходы которого соединены с первым и вторым входами преобразователя кода, остальные выходы дешифратора соединены соответственно с остальными входами преобразователя кода.

1 124

Изобретение относится к автоматике, к элементам систем контроля, измерения параметров движения и управления подвижными объектами.

К ряду элементов указанных систем предъявляются технические требования обеспечения функционального гистерезисного преобразования перемещения в код, т.е ° поддержания различных зна чений выходной кодовой информации для прямого и обратного направлений движения контролируемых объектов с переменной по координате входного перемещения высотой петель гистерезиса. Наряду с этим выдвигается требование снижения влияния в нерабочих поперечных, перпендикулярных к оси контролируемых перемещений на результат такого функционального гисте™ резисного преобразователя.

Целью изобретения является повышение точности и расширение функцио нальных возможностей преобразователя.

На фиг. 1 показана схема первого варианта преобразователя, на фиг, 2 реализуемая с помощью первого варианта преобразователя функциональная гистерезисная зависимость кода от перемещения; на фиг. 3 - зависимость кода от перемещения с постоянной вьгсотой петель гистерезиса (линейная); на фиг. 4 — схема второго варианта преобразователя, реализующего линейную гистерезисную зависимость.

Первый вариант преобразователя перемещения в код содержит подвижный элемент 1 считывающие элементы 2 и

3, М дополнительных считывающих элементов 4-6, блок 7 (г1+1) компараторов, выполненный в виде компараторов

8-!1, дешифратор 12, выполненный на элементах И 13-18, блок 19 Б пороговых элементов, выполненный на пороговых элементах 20-22, пороговый элемент 23, триггер 24, преобразователь

25 кода, выполненный на элементах

И 26-29, элементе ИЛИ 30, регистре 31, выполненного на триггерах 32-33, пороговый элемент 34, формирователи 35 и 36 импульсов.

Второй вариант преобразователя перемещения в код содержит формирователи 37 и 38 импульсов, блок 39 (И+1) компараторов, выполненный на компара" торах 40-43, дешифратор 44, выполненный на элементах ИЛИ 45 47 и элементах И 48-57, блок 58 N пороговых элементов, выполненный на пороговых элементах 59-61, пороговых элементах

1474 3

62 и 63,. триггер 64> преобразователь

65 кода, выполненный на регистре 66 с выходами 67,:элементах ИЛИ 68-71 и элементах И 72-79, подвижный элемент

80, считывающие элементы 81, 82, N дополнительньгх считывающих элементы

83-85.

Преобразователь работает следующим образом.

16 Формирователи 35 и 36 срабатывают по переднему положительному фронту своих входных сигналов.

Если подвижный элемент 1 приближается к считывающему элементу 2 и 3 д |или дополнительному считывающему эле" менту 4-5, то его уровень выходного электрического сигнала вырастает.

Рассмотрим реализацию требуемой зависимости, "перемещение - выходной

29 код" (фиг. 2) при перемещении подвижного элемента 1 вправо вдоль оси

Х. Когда координата центра подвижного элемента .I Х Ь, где Ь - шаг установки считывающих элементов 2-6,.

25 то подвижный элемент I оказывает на считывающий элемент 2 более сильное воздействие, чем на считывающий эле мент 6, т,е. для данного участка

11 6 - U2, где U2 и 116 напРяжение на у выходе считывающих элементов 2 б, и с прямого выхода компаратора 11 снимается напряжение низкого уровня, а триггеры 32, 33 регистра 31 нахо дятся в нулевых состояниях А = 00, Э i где А значение кода на выходах триггеров 32 и 33. Приближение йодвижиого элемента 1 к элементу 6 вызывает в точке Х - h, изменение состояния вьгхода компаратора 11, что ведет к срабатыванию формирователя 35 по положительному фронту.

Когда подвижный элемент 1 переме-, щается между элементами 2 и 6, его воздействие на считывающие элементы

2 и 6 существенно больше, чем на ос тальные (элементы 3-5),.поскольку они окаэывак>тся ближайшими к подвиж-. ному элементу 1. Поэтому на указанном участке уровни сигналов U< и 11 зна чительно превышают величины сигналов считывающих элементов 3 и 5, возле которых нет подвижного элемента 1.

Соответственно выходы пороговых элементов 34 и 20 находятся в единичных, 5

- а выходы пороговых элементов 2123в нулевых состояниях. Это обеспечива" ет„ во-первых, при достижении центром подвижного элемента 1 координаты

474

В интервале 3,5 А < Х < 4,5 а под- вижный элемент 1 воздействует на считывающие элементы 3 и 5, в единичных состояниях находятся выходы пороговых элементов 22 и 23. При достижении центром подвижного элемента 1 кокоординаты Х = 4 д на инверсном вы ходе компаратора 10 устанавливается высокое значение выходного напряжения и срабатывает формирователь 36, Вьг ходной импульс формирователя 36, про дя через первый вход элемента

И 18, на два другие входа которого поданы высокие уровни напряжения с выходов элементов 22 и 23, подключен" ных соответственно к считывающим эле" ментам 3 и 5, переводит триггер 24 в нулевое состояние, чему соответствует высокий уровень напряжения, сни3 1241

X = g прохождение импульса с выхода формирователя 35 через элемент И 17 на вход триггера 24, который данным импульсом устанавливается в единичное состояние, во-вторых, подачу напряжения высокого уровня с прямого выхода компаратора 11 через элемент

И 13 на информационный вход преобразователя кода 25, подключеннЬ|й к элементу ИЛИ 30, и далее через эле- 10 мент И 28 - на единичный вход триггера младшего разряда 33 регистра

31. Таким образом, по достижении подвижным элементом 1 координаты Х = — на выходе регистра 31 устанав- 15 ливается код A = 01.

В то же время напряжения с выходов а других компараторов 8-10 или любое .нерабочее изменение их выходных состояний, даже если оно вызывает сра- 20 батывание формирователя 36, не приведет к прохождению через элементы

И 13-16 и 18 импульсных или потенциальных сигналов высокого уровня, поскольку, как отмечено вышее, пороговые элементы 21 — 23 на участке 0,5d<

<Х с g 1, 5 находятся н нулевых состояниях.

В точке Х = 1,5 !! под воздействием подвижного элемента 1 попадает также считывающий элемент 4, и выход порогового эЛемента 21 приобретает единичное состояние. Поскольку в этой точке U> ) U то с прямого выхода компаратора 8 снимается сигнал низкого уровня. Следовательно, прохождение центром подвижного элемента 1 координаты Х = 1,5 не меняется выходной код.

Когда, двигаясь вправо.(по фиг. 1) 40 подвижный элемент 1 переходит на уча" сток 1,5 6 + X < 2,5 Ь между считывающими элементами 6 и 4, в единичном состоянии находятся выходы пороговых элементов 20 и 21. Когда в точке Х = 45 — 2 !! состояние прямого выхода компаратора 8 изменяется с нулевого на единичное, тогда на все три входа элемента И 14 воздействуют единичные уровни входных напряжений и с его ны- 5О хода высокий (единичный) уровень на" пряжения поступает на информационный вход преобразователя 25 кода, подключенный к элементу ИЛИ 30 и элементу

И 29. Поскольку на первые входы элементов И 28 и 29 по управляющему входу преобразователя 25 кода с прямого выхода триггера 24. подается напряжение высокбго уровня, сигнал высокого уровня с выхода элемента И 14 ноздей" стнует на едичичные входы триггеров

32 и 33, т.е ° при достижении центром подвижного элемента 1 координаты Х

2 Ь в регистре 31 устанавливается код А = !1.

В точке Х = 2,5 под воздействием подвижного элемента 1 попадает считывающий элемент 5, и на всех входах элемента И 15 устанавливаются напряжения высокого уровня. Однако из-за того, что триггер 24 находится н единичнои состоянии и с его инверсного выхода на первые входы элементов И 26 и 27 поступает напряжение низкого уровня, сигнал с выхода элемента И !5 не оказывает через элемент И 27 воздействия на вход триггера 32: выходной код н этой точке не меняется.

Дальнейшее перемещение подвижного элемента 1 в пределах участка 2,5Ь i

<Х с4,5 А не приводит к изменению выходного кода, поскольку единичное состояние триггера 24 остается неизменным.

В точке Х = 4 ь формирователь 36 не срабатывает, так как инверсный вьг ход компаратора 10 изменяет здесь свое состояние с единичного на нулевое, а на отрицательные перепады входного напряжения формирователи 35 и 36 не реагируют.

Рассмотрим работу преобразователя при перемещении подвижного элемента 1 в направлении убывания коор динаты Х, т.е. из исходного положения Х = 4,5 h влево (см. фиг. 1), 1241474 маемого с инверсного выхода триггера 24.

В положении подвижного элемента

1 3,5 А а Х (4 4 единичный уровень напряжения с инверсного выхода ком паратора 10 через элемент И 16 подается на второй вход элемента И 26.

На первый вход элемента И 26 подан единичный уровень напряжения с инверсного выхода триггера 24, Следова" тельно, уровень выходного напряжения элемента И 26 принимает значение единичного и переводит триггер младшего разряда 33 регистра 31 в нуле15 вое состояние. Благодаря этому в регистр 31 заносится код А = 10, соответствующий реализуемой зависимости .(фиг. 2), В точке X = 3,5 А под воздействие

20 подвижного элемента 1 попадает также считывающий элемент 4, и.выходное состояние порогового элемента

21 становится единичным. Но это не влияет на величину выходного кода, поскольку в данном положении подвижный элемент 1 занимает положение, ближайшее к элементу 5. Тогда U ) U4, инверсный выход компаратора 9 нахо дится в нулевом состоянии, а следова30 тельно, в нулевом состоянии находится и выход элемента И 15, подключенного к информационному входу преобразователя 25 кода.

Затем подвижный элемент 1 переходит на участок 215 Ь (Х<3,54, где в единичные состояния устанавливаются выходы пороговых элементов 21 и 22 и в точке Х = 3 происходит изменение уровня инверсного выхода компаратора

9 с низкого на высокий, в результате

40 чего на все три входа элемента И 15 поступают напряжения высокого уровня.

Следовательно, на выходе элемента И

II5 появляется напряжение также высокого уровня, которое через элемент

И 27 воздействует на нулевой вход триггера 32. Таким образом, после прохождения подвижным элементом 1 точки Х = 3 А триггеры 32, 33 регистра 31 имеют нулевые состояния, что соответствует выходному коду А = 0

,фиг. 2).

При дальнейшем перемещении подвижного элемента 1 влево вдоль оси Х (по фиг. 1) формирователь 35 ь точке Х = Ь не срабатывает: в этой точке происходит смена состояния прямого выхода компаратора 11 с единичного на нулевое, и на .указанном выходе ком. компаратора 11 возникает отрицательный перепад напряжения, на который формирователь 35 не реагирует. Поэтому триггер 24 остается в нулевом состоянии, а с его прямого выхода на управляющий вход преобразователя 25 кода, подключенный к элементам И 28 и и 29, подаются низкие уровни напряжения и никаких изменений выходного кода на участке Х <3 д не происходит, Для новых циклов перемещения подвижной части 1 в прямом и обратном направлениях вдоль оси Х описанный порядок работы преобразователя сохра" няется °

Преобразователь обеспечивает реализацию кодируемого гистерезисного преобразователя перемещения изменяющейся по координате входной величины в соответствии с требуемым законом разностью значений выходного кода прямой и обратной ветвей преобразова" телей характеристики перемещениекод", например, в виде, изображенном на фиг. 2„

В то же время преобразователь может в частном случае реализовывать и простое (линейное,не функциональное) гистерезисное преобразование со смещением прямой и обратной ветвей зависимости перемещение — код на постоянную величину. Схема второго варианта преобразователя, реализующего линейную гистерезисную зависимость (частный случай гистерезисного преобразования) (см. фиг. 3), показана на фиг, 4.

Второй вариант преобразователя перемещения в код, показанный на фиг. 4, работает. следующим образом.

Когда центр подвижного элемента

80 находится в:исходном состоянии между считывающими элементами 81 и

83 левее (по фиг. 4) положения Х =

= Ь, ециничное состояние (высокий уровень напряжения) принимают инверсный выход компаратора 40 и выходы по" роговых элементов 62 и 61, в исходном состоянии с инверсного выхода триггера 64 снимается напряжение высокого (единичного) уровня. Выходы элементов 60, 59 и 63 находятся в нулевых состояниях (напряжения низкого уровня), так как на считывающие элементы 84, 85 и 82 подвижная часть в рассматриваемом положении воздействия не оказывает. Следовательно, с

1241474 выхода элемента И 56 снимается напряжение высокого уровня, а с выходов элементов И 48-55 и 57 снимаются напряжения низкого уровня, Сигнал высо" кого уровня с выхода элемента И 56 через элемент И 72 и элемент ИЛИ 68

-поступает на вход шифратора 66 преобразователя 65 кода, а на другие входы шифратора 66 воздействуют сиг10 налы низкого уровня, что соответствует нулевому значению двоичного кода, формируемого на двухразрядном выходе 67 шифраторов 66:А = 0 (см, фиг. 3).

Перемещаясь из рассмотренного положения вправо, подвижный элемент

80 проходит координату Х = а и начинает оказывать более сильное воздей ствие на считывающий элемент 83, чем на считывающий элемент 81. В единичное состояние переходит прямой вы» ход компаратора 40, и по положительному перепаду напряжений на прямом выходе компаратора 40 формирователь

37 выдает импульс, поступающий через элемент И 54 на единичный вход триггера 64 (на второй и третий входы элемента И 54 с выходов пороговых элементов 62 и 61 поступают напряже30 ния высокого уровня). Прямой выход триггера 64 переходит в единичное состояние, что обуславливает поддержание на входе шифратора 66 напряжения высокого уровня, поступающего с выхода элемента И 53 через элемент

ИЛИ 45, элемент И 76 (на первый вход которого подано напряжение высокого уровня с прямого выхода триггера 64), элемент ИЛИ 68, На другие входы шиф40 ратора 66 воздействуют сигналы низкого уровня, что соответствует поддер жанию на выходе 67 нулевого значения двоичного кода А = О.

Нулевое значение выходного кода устройства А = 0 сохраняется и в

45 случае перехода подвижного элемента

80 в интервал между считывающими элементами 83 и 84, когда 1,5 Ь Х 2 ь.

Тогда в единичном состоянии находятся выходы пороговых элементов 60 и 61, а

50 а также инверсный выход компаратора

41, Следовательно, на все три входа элемента И 48 воздействуют напряжения высокого уровня, чем обусловлено наличие единичного состояния выхода элемента И 48. Высокий уровень выход" ного напряжения элемента И 48 через элемент ИЛИ 45, элемент И 76, элемент

ИЛИ 68 воздействует на вход шифратора 66. Другие входы шифратора 66 не подвергаются воздействию напряжений высокого уровня, и выходной код устройства при положении перемещающегося вправо подвижного элемента 80 Х < 2 d сохраняется, равным нулю.

Аналогичным образом преобразователь работает при перемещении подвижного элемента 80 вправо.

При переходе подвижного элемента

80 на участок Х > 4 А сигнал с выхода считывающего элемента 82 начинает превышать по уровню сигнал со считыва. ющего элемента 85. На прямом выходе компаратора 43 устанавливается напряжение высокого уровня, которое через элементы И 57 и 79, элемент ИЛИ 71 воздействует иа вход шифратора 66 и на двухразрядном выходе 67 появляется двоичный код А = 11. Выходы элементов

И 48-53, 56 находятся в нулевых состояниях. При переходе подвижным элементом 80 положения Х = 4 h когда изменяют состояние выходы компаратора 43, срабатывания формирователя

38 не происходит, так как формирователь 38 выдает выходной импульс только при положительном перепаде своего входного напряжения, а в данном случае на инверсном выходе компаратора 43, к которому подключен вход формирователя 38, имеет место отрицатель" ный перепад с высокого на низкий уровень напряжения.

Если из положения Х > 4,5 Ь подвижный элемент 80 начинает движение влево по фиг. 4, т.е. в направлении убывания координаты Х, то при достижении его центром участка-3,5 d < Х 4 d на инверсном выходе компаратора 43 устанавливается сигнал высокого уровня (на этом участке ближайшим к подвижному элементу 80 является считьгвающий элемент 85).

Перепад напряжения на инверсном выходе компаратора 43 в этом случае положителен, и формирователь 38 выдает импульс, который через элемент

И 55 второй группы устанавливает триггер 64 в нулевое состояние, т,е. на инверсном выходе триггера 64 устанавливается сигнал высокого уровня.

Поэтому на участке 3 5Ь сХ 4 Ь сигнал высокого уровня с выхода элемента И 52 через элемент ИЛИ 63, элемент И 75, элемент ИЛИ 71 воздейству1241474

10 ет на вход шифратора 66, что соотBåòñòâóåт поддержанию выходного кода устройства А = 11.

При дальнейшем продвижении подвижного элемента 34 влево по фиг. 4 изменения значений выходного кода А происходят: в точке Х = 3 д, когда на инверсном выходе компаратора 42 устанавливается сигнал высокого уровня, подаваемый через элемент И 50, элемент

ИЛИ 62, элемент И 74, элемент ИЛИ 70 на вход шифратора 66 (А = 10); в точке Х = 2а когда на инверсном выходе компаратора 41 устанавливается сигнал высокого уровня, подаваемый через элемент И 48, элемент

ИЛИ 61, элемент И 73, элемент ИЛИ 69 на вход шифратора 66 (А = 01); в точке Х = Д, когда на инверсном входе компаратора 40 устанавливается сигнал высокого уровня, подаваемый через элементы И 56 и 72, а также элемент ИЛИ 6В на вход шифратора 66.

1О График полученной зависимости пе" ремещение Х -:выходной код А" изображен на фиг. 3, При повторении, рассмотренного цикла перемещения подвижного элемента

34 описанный процесс функционирования данной модификации предлагаемого устройства повторяется.

1241474

Фиг. 3

1241474

05Л Q 1543 г Щ 3+ 35Ут т 45 г

Фиг. Ф

Составитель A. Сидоренко

Редактор М. Недолуженко Техред О.Гор rsaA Корректор Л. Пилипенко

Заказ 3614/56 Тираж 816 . . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

II3035, Москва, Ж-35, Раунская нав., д. 4/5

Производственно-попигра4еческое предприятие, г„ Унгород, уп. Проектная, 4