Преобразователь угла поворота вала в напряжение

 

Изобретение относится к области робототехники и измерительной техники и может быть использовано для автоматизации производственных процессов . Целью изобретения является повьшение точности и упрощение настройки преобразователя. Для этого в преобразовйтель, содержащий источник сигнала несущей частотьг,. первичный преобразователь, первый фазометр, первый избирательный фильтр, введены десять ключей, четыре компаратора, три источника опорного напряжения, два интегратора, две оптронные пары, двухполупериодный выпрямитель, второй избирательный фильтр, фильтр низких частот, второй фазометр, четыре делителя частоты, пять элементов И, пять элементов НЕ, два элемента ИЛИ, триггер, ждущий мультивибратор. Повышение точности и упрощение настройки преобразователя достигается за счет периодического контроля фазовой характеристики первого и второго избирательных фильтров, одним из элементов которого является оптоэлектронная пара, величина сопротивления которой регулируется во время режима настройки. Длительность режима настройки и режима измерения выбирается автоматически ждущим мультивибратором , делителями частоты, элементами И, компараторами и источниками опорного напряжения в зависимости от величины рассогласования фазовых характеристик избирательных фильтров. 1 3.п. ф-лы, 1 ил. с: ю ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Н 03 М 1/64

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H Д BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3835680/24-24 (22) 02.01.85 (46) !5.08.86.Бюл, № 30 (71) Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. B.В.Куйбышева (7 2) Е. М. Карпов, Н. И. Наз аров и Е.В.Зубкова (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 305500, кл. G 08 С 9/00, 1970 .

Авторское свидетельство СССР № 903928, кл. G 08 С 9/00, 1982. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА

ВАЛА В НАПРЯЖЕНИЕ (57) Изобретение относится к области робототехники и измерительной техники и может быть использовано для автоматизации производственных процессов. Целью изобретения является повышение точности и упрощение настройки преобразователя. Для этого в преобразователь, содержащий источник сигнала несущей частоты, первичный преобразователь, первый фазометр, первый избирательный фильтр, введе„„Я0„„1251331 а1 ны десять ключей, четыре компаратора, три источника опорного напряжения, два интегратора, две оптронные пары, двухполупериодный выпрямитель, второй избирательный фильтр, фильтр низких частот, второй фазометр, четыре делителя частоты, пять элементов И, пять элементов НЕ, два элемента ИЛИ, триггер, ждущий мультивибратор. Повышение точности и упрощение настройки преобразователя достигается за счет периодического контроля фазовой характеристики первого и второго избирательных фильтров, одним из элементов которого является оптоэлектронная пара, величина сопротивления которой регулируется во время режима настройки. Длительность режима настройки и режима измерения выбирается автоматически ждущим мультивибратором, делителями частоты, элементами И, компараторами и источниками опорного напряжения в зависимости от величины рассогласования фазовых характеристик избирательных фильтров.

1 з,п. ф-лы, 1 ил.!

25!33!

Этот сигнал U> (t) и сигнал U, (t) с. первого выхода источника 1 поступают на входы фазометра 5, измеряющего разность их фаз, т.е. определяющего величину углового перемещения х. Для устранения погрешности, вносимой впроцесс измерения избирательным фильтром 3, устройство содер жит два идентичных измерительных каУстройство относится к робототехнике и измерительной технике и может быть использовано для ав томатиз ации производственных процессов, Целью изобретения является повышение точности и упрощение настройки преобразователя.

На чертеже приведена схема преобразования угла поворота вала в напряжение. !0

Преобразователь содержит источник сигналов несущей частоты, первичный преобразователь 2, Выполненный в Виде СКВТ, избирательные фильтры

3 и 4, фазометры 5 и 6, интеграторы 7-9, оптронные пары 10 и 11, двухполупериодный вь|прямитель 12, однополупериодный выпрямитель 13, компараторы 14-18, элементы НЕ !9-23, элементы И 24-28, источники ?9-32 опорного напряжения, фильтр 33 низких частот, делители 34-38 частоты, элемент ИЛИ 39, триггер 40, ждущие мультивибраторы 41 и 42, мультивибратор 43, ключи 44-53, элемент

ИЛИ 54.

Преобразователь работает следующим образом.

Сигналы несущей частоты U„(t) и

U (t) форма которых может быть им- З0 пульсной, а также синусоидальной или пилообразной, поступают с источника

1 питания на входы преобразователя

2 на синус-косинусные обмотки статора СКВТ, С этих обмоток они трансформируются на измерительную обмотку ротора с коэффициентом трансформации, пропорциональным si.nx и созк где х — угол поворота ротора, т.е. умножаются на указанные величины. 40

Сигнал с измерительной обмотки ротора СКВТ, пройдя ключ 44, поступает на избирательный фильтр 3. После фильтра 3 сигнал принимает вид

U (t) = А з1п(!1 + х) где — несущая частота;

А - амплитудное значение сигнала U, (t), определяемое параметрами фильтра 3. нала, поочередно работающих В режиме измерения и настройки.

В момент включения преобразователя источник 32 опорного напряжения вырабатывает напряжение, которое поступает на интегратор 9. С выхода интегратора 9 линейно нарастающее напряжение поступает на вход компаратора 18 и сравнивается с пороговым значением напряжения компаратора 18.

Через некоторое время после включения преобразователя линейно нарастающее напряжение досгигает значения порогового напряжения компаратора !8, заданного параметрами элементов схемы компаратора 18. Б момент достижения равенства названных напряжений выходное напряжение компаратора 18 скачкообразно изменяется. Это скачкообразное изменение напряжения запускает ждущий мультивибратор 42, который В результате генерирует импульс установки в ноль, поступающий на второй вхоц делителя 38 частоты, Импульсы мультивибратора 43 генерируют прямоугольные импульсы, которые после ныпрямления однополупериодным выпрямителем 13, поступают на информационный вход делителя 38 частоты, напряжения на выходах которо" î сдвинуты друг относительно друга на. четверть периода и имеют прямоугольную форму. Сдвиг по фазе поддерживается строго равным четверти периода автоматически, независимо от вероятного изменения частсты мультивибратора

43. !

В момент включения триггер 40 ус танавливается, например, в единичное состояние, тем самым он переводит в режим измерения первый канал, состоящий из блоков 44, 46, 3, 5, 48, 7, l0, 50, 52, и переводит в режим настройки второй идентичный канал, состоящий из блоков 45, 47, 4, 6, 499

8, 11, 51, 53. Если триггер 40 в момент начала Включения установится В ноль, то режимы ра.боты названных каналов изменяются на противоположные. .Г!огическая единица с Выхода триггера

40 закрывает ключи 46, 48, 52 и инвертируется элементом HE 23. Логи.ческий ноль с выхода элемента НЕ 23 открывает ключи 44 и 45. Выходной сигнал преобразователя 2 проходит через открытый клкеч 44 на вход избирательного фильтра 3, и, как указывалось вьппе, пройдя избирательньФ

125! 331 фильтр 3, поступает на первый вход фазометра 5. На втором входе фазометра 5 действует сигнал с первого выхода источника 1 сигналов несущей частоты. Выходное напряжение фазометра 5 пропорционально разности фаз входных напряжений. Через открытый ключ 50 оно поступает на выхоц преобразователя.

В это же время происходит наст- 10 ройка второго канала, а именно настройка избирательного фильтра 4 на частоту сигналов источника 1 сигналов несущей частоты. Настройка происходит следующим образом: единичный 15 сигнал с выхода триггера 40 закрывает ключи 45, 51, а логический ноль с выхода элемента НЕ 23 открывает клю-чи 47, 49, 53. B результате этого сиг- . нал с выхода источника 1 сигналов не- 20 сущей частоты через открытый ключ

47 поступает на вход избирательного фильтра 4, выходной сигнал которого поступает на первый вход фазометра 6, на втором входе которого действует названный сигнал с первого выхода источника 1 сигналов несущей частоты. Вследствие неточности на— чальной настройки на резонансную частоту фильтра 4 и температурных воз в 30 действий фильтр 4 вносит фазовую погрешность при прохожцении через него названного сигнала. В результате на выходе фазометра 6 имеет место нулевой сигнал. Этот сигнал, пройдя открытый ключ 49, интегрируется в интеграторе 8 с запоминанием. Выходной сигнал интегратора 8 поступает на вход оптронной пары 11, выполненной на светодиоде и фоторезисторе. Фоторезистор оптронной пары 11 является задающим резистором частотно зависимой цепи избирательного фильтра 4. Значение сопротивления этого резистора однозначно определяет резонансную частоту фильтра 4.

Таким образом, выходное напряжение интегратора 8 определяет . резонансную частоту фильтра 4. Выходное напряжение интегратора 8 будет изменяться и изменять резонансную частоту фильтра 4 до тех пор, пока на входе его не будет действовать нулевое напряжение, т.е. выходное на-. пряжение фазометра 6 станет равным нулю. А нулевое выходное напряжение фазометра 6 означает, в свою очередь, что фильтр 4 настроен на резопанспую частоту, точно равную частоте сигналов источника 1 сигналов несущей частоты, т. е. при последующем измерении избирательный фильтр 4 не будет вносить погрешность.

В процессе настройки ненулевое выходное напряжение фазометра 6 через открытый ключ 53 поступает на вход двухполупериодного выпрямителя

12. Выходное напряжение выпрямителя сравнивается с нулем в компараторе

14, выходное нулевое напряжение которого соответствует ненулевому напряжению фазометра 6. Напряжение "1" на выходе компаратора 14 соответствует нулевому напряжению на выходе фазометра 6. Выходное напряжение компаратора 1 4 инвертируется элементом HE 19 и поступает на вход элемента И 24. На втором входе элемента И 24 действует логическая единица, поступающая с выхода элемента ИЛИ 54, В процессе ".àñòðoéêè при ненулевом выходном напряжении фазометра 6 на выхоце элемента HE 19 действует логическая единица, и на выходе элемента

24 поэтому также действует логичес-.кая единица. После настройки фильтра выходной сигнал фаэометра 6 становится нулевым, и на выходе элемента

HE 19 вместо единицы начинает действовать логический ноль. На выходе элемента И 24 логическая единица меняется на логический ноль. Эта смена индицирует окончание настройки второго канала и готовность его к началу измерения, а время действия названной логической единицы оказывается равным времени настройки канала.

Перемена режима работы каналов могла бы осуществляться сразу после окончания настройки второго канала, одн ако для снижения энер гопотребления, значительно возрастающего при переключении каналов из-за переходных процессов, целесообразным оказывается производить переключение в зависимости от длительности настройки каналов. Если время настройки мало это означает, что из-за внешних воздействий избирательные фильтры 3 и 4 расстраиваются мало, и поэтому переключение режимов работы можно производить через больший интервал времени.

Если же время настройки большое— это означает, что из-за внешних воздействий избирательные фильтры 3 и

1251331 расстраиваются значительно, и поэтому переключение режимов работы необходимо производить чаще, для своевременной компенсации внешних воздействий.

Для осуществления вьппеизложенного выходной единичный импульс элемента

И 24, длительность которого равна вре- 1О мени настройки, усредняется фильтром

33 низких частот, уровень выходного напряжения которого пропорционален времени настройки. Это напряжение сравнивается в компараторах 15-17 с уровнями напряжений-заставок, поступающих на компараторы 15-17, с источников 29-31 опорных напряжений.

Значений трех названных уровней напряжений-заставок определяют четыре интервала, соответствующие различным необходимым частотам переключения каналов иэ режима измерения в.режим настройки, значения которых выб"раны в зависимости от уровня интенсивности внешних воздействий. А имен— но„ чем больше внешнее воздействие, . тем больше расстройка избирательных фильтров 3 и 4, больше время настройки и тем больше выбирается частота о переключения режимов работы. Импульсы четырех названных частот действуют на выходах делителей 34-37 частоты и поступают на четвертые входы четырехвходовых элементов И 2535

28 соответственно. Если на остальных трех входах какого-либо из элементов

И 25-28 будут присутствовать логические единицы, то импульсы с выхода соответствующего делителя З4-37 часЩ) тоты пройдут через один из элементов И 25 — 28, а затем через элемент ИПИ 39 и зацним фронтом переключат триггер 40, что приведет к переключению режима работы каналов.

Выбор частот переключения осуществляется следующим образом, уровень напряжения источника 30 меньше уровня напряжения источника 29, а уровень напряжения источника 31 меньше уровня напряжения источника ЗО. Если выходное напряжение с фильтра 33 больше уровня напряжения источника

29 опорного напряжения, т.е. имеет место самое длительное время настройки, то на выходах компараторов 15-17 будут высокие потенциалы выходных напряжений — логические единицы. Эти три логические единицы поступают на три вышеназванных остальных входа элемента И 25, в результате элемент

И 25 пропускает импульсы с делителя

34 частоты, и триггер 40 будет пе— реключаться с максимальной частотой.

Если выходное напряжение с фильтра

33 меньше порога срабатывания компаратора 15, но больше порога срабатывания компараторов 16 и 17, то на выходе компаратора 15 будет логический ноль, а на выходах компарато— ров 16 и 17 — логическая единица. В результате на три входа элемента

И 26 поступают три логические единицы, поскольку логический ноль с компаратора 15 инвертируется элементом

НЕ 20. В результате через элемент

И 26 будут проходить на элемент

ИЛИ 39 импульсы с делителя 35 частоты, имеющие меньшую частоту. Переключение каналов поэтому произойдет через больший интервал времени. Через элемент И 25 импульсы с ! делителя 34 частоты не пройдут, так как на ее первом входе будет действовать логический ноль с выхода компаратора 15. Элементы И 27 и 28 также не пропустят импульсы делителей

36, 37 частоты, так как на их входах будут действовать инвертированные элементами НЕ 21 и 22 логические единицы с выходов компараторов 16 и

17. Если выходное напряжение с фильтра 33 меньше порога срабатывания компаратора 16, но больше порога срабатывания компаратара !7, то на выходе компараторов !5 и 16 будут логические нули, а на выходе компаратора 17 логическая единица„ В результате на остальные вьппеназванные три входа элемента И 27 поступают три логические единицы, поскольку логические нули с компараторов 15 и 16 инвертируются элементами НЕ 20 и 21. В результате через элемент И 27 будут проходить на элемент ИЛИ 39 импульсы с делителя 36 частоты, имеющие еще более меньшую частоту. Переключение каналов поэтому произойдет через еще больший интервал времени. Через элементы И 25 и 26 импульсы с делителей 34Ä 35 частоты не пройдут, так как на их входах действуют логические нули с компаратороя 15 и 16.Элемент И 28 не пропустит импульсы делителя 37 частоты„ так как на его входе будет действовать инвертированная ментом НЕ 22 логическая еди1251331 ница с выхода компаратора 17. Если выходное напряжение с фильтра 33 меньme порога срабатывания компаратора

17, то на выходах компараторов 15-17 будут логические нули, в результате на три входа элемента И 28 поступают три логические единицы, поскольку логические нули с компараторов !5-17 инвертируются элементами НЕ 20-22. В 10 результате через элемент И 28 будут проходить на элемент ИЛИ 39 импульсы с делителя 37 частоты, имеющие самую малую частоту. Переключение каналов поэтому произойдет через самый боль- 15 шой интервал времени. Через элементы

И 25-27 импульсы с делителей 34-Зб частоты не пройдут, так как на их входах будет действовать логический нуль с выхода компаратора 17. 20

На параллельно соединенные вторые входы делителей 34-37 частоты поступают импульсы с выхода однополупериодного выпрямителя 13.

В момент переключения каналов из режима измерения в режим настройки ждущий мультивибратор 41, запускаемый задним или передним фронтом выходного сигнала триггера 40, уста30 навливает в нулевое исходное состояние триггеры делителей 34-37 частоты.

Формула изобретения

1. Преобразователь угла поворота вала в напряжение, содержащий источ ник сигналов несущей частоты, первый и второй выходы которого подключены к входам первичного преобразователя, первый избирательный фильтр, выход которого соединен с первым входом первого фазометра, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повьппения точности и упрощения настройки преобразователя, в него введены десять ключей, четыре компаратора, три источника опорного напряжения, два интегратора, две оптронные пары, двухполупериодный выпрямитель, второй избирательный фильтр, фильтр низких частот, второй фазометр, четыре делителя частоты, пять элементов И, пять элементов НЕ, два элемента ИЛИ, триггер, ждущий мультивибратор, выход первичного преобразователя через первый ключ соединен с первым входом первого избирательного фильтра, а через второй ключ — с первым входом второго избирательного фильтра, пер. вый выход источника сигналов несущей частоты соединен через третий ключ с первым входом первого избирательного фильтра, а через четвертьФ ключ — с первым входом второго избирательного фильтра, выход второго избирательного фильтра подключен к первому входу второго фазометра, первый выход источника сигналов несущей частоты соединен с вторыми входами первого и второго фазометров, выход первого фазометра через последовательно соединенные пятый ключ, первый интегратор и первую оптронную пару подключен к второму входу первого избирательного фильтра, выход второго фазометра через последовательно соединенные шестой ключ, второй интегратор и вторую оптронную пару подключен к второму входу второго избирательного фильтра, выходы первого и второго фазометров соединены с первыми входами соответственно седьмого и восьмого ключей, выходы которых объединены и являются выходом преобразователя, вход девятого ключа соедшен с BbIxopoì первого фазометра, а выход подключен к входу двухполупериодного выпрямителя, выход которого через последовательно соединенные первый компаратор и первый элемент НЕ соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ, а выход подключен к входу фильтра низкой частоты, выход которого соединен с первыми входами второго, третьего и четвертого компараторов, вторые входы которых подключены к выходам соответственно первого, второго и третьего источников опорного напряжения, выход второго компаратора соединен с первым входом второго элемента И, а через BTcg)oH элемент НŠ— с первыми входами третьего, четвертого и пятого элементов

И, выход третьего компаратора соединен с вторыми входами второго и третьего элементов И, а через третий элемент HE — с вторыми входали четвертого и пятого элементов И, выход четвертого компаратора соединен с третьими входами второго, третьего и четвертого элементов И,а через четвертый инвертор — с третьим входом пятого элемента И, выход ждущего

1251331

Составитель А.Сидоренко е>Ре4 Л.Сердюкова корректор М.Самборская

Редактор H.ÑïoáîäÿHèê

Заказ 4426/58 Тираж 81б . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Ужгород, ул.Проектная, 4 мультивибратора подключен к первым входам первого, второго, третьего и четвертого делителей частоты, выходы которых соединены с четвертыми входами соответственно второго, третьего,четвертого ипятого элементов И, выходы которых подключены к входам второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом триггера, выход которого соединен с. управляющими входами второго, третьего, пятого, восьмого, девятого ключей и ждущего мультивибратора, первым входом первого элемента ИЛИ и с входом пятого элемента НЕ, выход которого соединен с управляющими входами первого, четвертого, шестого, седьмого и десятого ключей и вторым входом первого элемента ИЛИ, выход второго фазометра соединен через десятый ключ с входом двухполупериодного выпрямителя, третий выход источника сигнала несущей частоты ссединен с вторыми входами первого, второго, третьего и четвертого делителей частоты.

2. Преобразователь по п. 1, о т ли ч ающи и ся тем, что источник сигналов несущей частоты выполнен в виде источника опорного напряжения, интегратор" !, компаратора, 1О ждущего мультивибратора, мультивибратора, однополупериодного выпрямителя, делителя частоты, выход источ— ника опорного напряжения соединен через последовательно соединенные интегратор, компаратор, ждущий мультивибратор с первым входом делителя частоты, выход мультивибратора соединен через однополупериодный выпрямитель с вторым в>:одом делителя час2 > .тоты, выходы которого являются первым и вторым выходами источника, выход однополупериодного выгрямителя является третьим выходом источника.