Преобразователь перемещения в код

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для измерения линейных или угловых перемещений. Целью изобретения является повьппение точности преобразователя. Для достижения поставленной цели в преобразователь , содержащий генератор 1 импульсов, счетчик 2, фазорасщепитель 3, первый и второй усилители 7,8, фазовращатель 9, блок 12 элементов И, нуль-компараторы 13 и 14, дифференциальный усилитель, введены сумматор 10, второй и третий дифференциальные усилители 20,21, третий нуль-компаратор 15, два элемента И 16,18, два элемента ЗАПРЕТ 17,19, два интегратора 22,23, а фазорасщепитель содержит 4мльтр, управляемый фазовращатель . Импульсы генератора импульсов сл со СП ю О5 сл. N5 фиг./

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Н 03 М 1/64 1/50 1/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4088855/24-24 (22) 10.07.86 (46) 15.11.87. Бюл.№ 42 (72) Г.В.Фролов, В.Г.Подкидышев, В.M.Êàìàåâ и Г.А.Ивановский (53) 681.325(088.8) (56) Зверев А.Е. и др. Преобразователи угловых перемещений в цифровой код. Л.: Энергия, 1974,,с.156, рис.80.

Авторское свидетельство СССР № 604018, кл. Н 03 М 1/64, 1976. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

В КОД (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для измерения лиÄÄSUÄÄ 1352652 А1 нейных или угловых перемещений.

Целью изобретения является повьппение точности преобразователя. Для достижения поставленной цели в преобразователь, содержащий генератор 1 импульсов, счетчик 2, фазорасщепитель

3, первый и второй усилители 7,8, фазовращатель 9, блок 12 элементов И, нуль-компараторы 13 и 14, дифференциальный усилитель, введены сумматор

10 второй и третий дифференциальные усилители 20,21, третий нуль-компаратор 15, два элемента И 16,18, два элемента ЗАПРЕТ 17,19, два интегратора 22,23, а фазорасщепитель содержит фильтр, управляемый фазовращатель. Импульсы генератора импульсов

1352652 поступают на вход счетчика, из выходного сигнала которого с помощью фазорасщепителя формируются два синусоидальных сигнала, поступающих на входы фазовращателя. При появлении выходного сигнала фазовращателя на выход преобразователя через блок элементов И поступает код счетчика, соответствующий перемещению вала фазовращателя. При отклонении сдвига фаз между входными напряжениями фазовращателя от 90 с помощью первого и второго нуль-компараторов, первых элементов И и ЗАПРЕТ, первого дифференциального усилителя и первого инИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для измерения линейных или угловых перемещений с помощью датчиков типа индуктосин, а также в системах с ЧПУ и программно управляемых координатных в системах с

ЧПУ и программно-управляемых координатных столах.

Целью изобретения является повы.шение точности преобразователя.

На фиг.l представлена функциональная схема преобразователя; на фиг.2 временные диаграммы его работы; на фиг.3 — схема управляемого делителя напряжения; на фиг.4 — схема управляемого фазовращателя.

Преобразователь содержит генератор 1 импульсов, счетчик 2, фазорасщепитель 3, содержащий фильтр 4, управляемый делитель 5 напряжения и управляемый фазовращатель 6, усилители 7 и 8, фазовращатель 9, сумматор 10, дифференциальный усилитель !

1, блок 12 элементов И, нуль-компараторы 13 — 15, элемент И 16, элемент

ЗАПРЕТ 17, элемент И 18, элемент запрет 19, дифференциальные усилители

20 и 21, интеграторы 22 и 23, Управляемый делитель напряжения содержит резистор 5.1, резистор 5.2 и светодиод 5.3 резисторной оптопары, резистор 5.4, управляемый фазовращатель содержит согласующий трансформатегратора вырабатывается сигнал рассогласования, который поступает на управляющий вход управляемого фаэовращателя фазорасщепителя. При различии амплитуд входных напряжений фазовращателя сигнал рассогласования формируется с помощью сумматора, второго дифференциального усилителя, третьего нуль-компаратора, вторых элементов И и ЗАПР! .Т, третьего дифференциального усилителя и второго интегратора, который поступает на управляющий вход управляемого делителя напряжения фазорасщепителя. 2 э.п. ф-лы, 4 ил. тор 6.1, резисторы 6.2, 6.3, конденсатор 6.4,,резистор 6,5 и светодиод

6.6 реэисторной оптопары, резистор

6.7.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал частоты, от генератора 1 импульсов поступает на вход счетчика

2 (фиг.2), служащего делителем частоты и узлом управления работой блока

12 элементов И. Сигнал от счетчика

2 частотой 1 поступает на фазорасщепитель 3, Последний вырабатывает два синусоидальн х напр жения U и О 6, 16 которые усиливаются усилителями 7 и

8 и поступают на входы фазовращателя

9 в виде двух напряжений О и U> (фиг.2). Эти напряжения должны всегда

"иметь одинаковую амплитуду и Аазовый сдвиг 90, т ° е. U = 0 ц„,и Й,О

90 . Тогда результаты преобразования перемещений, которые снимаются с выходов блока 12 в виде п-разрядного.

25 двоичного кода, являются истинными.

В этом случае напряжения Uz< и подаваемые на управляющие входы блоков 5 и 6, равны нулю. Импульсные сигналы U и Б„ (фиг.2), формируемые с помощью нуль-органов 13 и 14, 30 так расположены на временной оси, что сигналы от элементов 16 и 17 равны друг другу по длительности. Поступив на входы дифференциального усилителя

20, они преобразуются в разнополярную

1352652 последовательность П, (фиг.2а), причем длительности каждой ее части равны между собой, т.е. Л t„ = Л1 = с11;.

Если амплитуды тех же частей сигна

5 ла 112, также равны между собой, т.е.

E = Е = Е то с помощью интеграто1 2 ра 22 получают сигнал, равный нулю, т.е. 1122 = 1/ 22 () Ed<,- ÅÙ= О, где — постоянная интегрирования, Работа системы коррекции погрешности от неравенства амплитуд напряжений U u U < основана на преобразовании разности U, — V сначала в угол сдвига по фазе у, а затем в напряже- 15 ние 1, . Для этого в устройство включены блоки !О и ll нуль-орган 15, усилитель 11 и интегратор 23.

Благодаря этому преобразованию за- ?0 дача контроля за равенством амплитуд напряжений U U 3 сводится к задаче контроля ортогональности напряжений

U, и U« . Поэтому работа оставшейся части данной схемы работает аналогич- 2-" но предыдущей системе и в исходном состоянии имеем U „- = О.

Если какое-либо иэ условий: . л О 7m

= 11 „и U, Ц = 90, — нарушается, то приводится в действие система выделе- 30 ния сигнала ошибки и осуществляется ее коррекция. Пусть возникла неортогональность с/ = О, Ujj — 90 с О. Тогда с помощью элементов И 18, ЗАПРЕТ 19 получают импульсы, длительность кото- 5 рых пропорциональна .углам Т/4 — e(и

Т/4 + Ы соответственно (Т вЂ” период колебаний напряжений V, и U>). С помощью интегратора 23 получают напрятй- т у. 40

U„=-„— ((Fdt — (Edt 7 = — -„- -a, I I I

73 о а йЭ полярность которого отрицательна, а значение пропорционально удвоенному значению ошибки с/. Это напряжение 45 поступает на управляющий вход управляемого фазовращателя 6 и вызывает уменьшение значения d путем увеличения фазы напряжения U . .При d ) О получают U2 ) О, что вызывает противоположные изменения фазовых соотношений между напряжениями 11 и U>.

Аналогично работает система коррекции погрешности от неравенства амплитуд напряжений U и U8 Пусть в про 55 цессе эксплуатации устройства возникла ситуация, когда U e U- . Тогда м фазовый угол между векторами Й„,и 11,„ меньше 90, следовательно, возникает угол ошибки, который равен

U U 90 с О. Эта ситуация идентична изображенной на фиг.2б. С помощью нуль-органа 15 и усилителя

11 схем 18 и 19 получают импульсы, пропорциональные по длительности углам Т/4 — и Т/4 + У соответственно.

Дифференциальный усилитель 21 из этих импульсов формирует разнополярный импульсный сигнал, подобный сигналу

U2 на фиг.2а, который с помощью интегратора 23 преобразуется в напряжение

2Е

23

"23 (2) его подача на управляемый масштабный преобразователь 5 вызывает увеличение амплитуды напряжения U> (и U ).

При U » t И> получают напряжение

112 7 О и характер работы узла 5 противоположный.

Каждая из рассмотренных систем коррекции погрешностей реагирует только на определенный тип ошибок.

Это означает неортогональность напряжений U, и U » не вызывает появления сигнала на выходе интегратора 23, а неравенство амплитуд не отражается на работе интегратора 23. Такая развязка достигнута благодаря использованию сумматора 10 дифференциального усилителя 11, а также нуль-компаратора 15 и дифференциального усилителя

21. Она гарантирует возможность одновременной работы обеих систем коррекции.

Развязка цепей управления от цепей передачи сигналов обеспечивается применением в узлах 5 и 6 резисторных оптронов. Один из возможных вариантов управляемого делителя напряжения с резисторными оптронами приведен на фиг ° 3. Вторичная цепь оптрона (фоторезистор 5.2) вместе с постоянным резистором 5.1 образуют регулируемый делитель напряжения. Управление изменением его коэффициента передачи осуществляется оптическим путем— изменением интенсивности излучения светодиода 5.3 (первичная цепь оптрона). В исходном состоянии (при нулевом сигнале управления, т.е. U — О) благодаря подключению первичной цепи оптрона к источнику напряжения

Е и подбору ограничительного резистора 5.4 выбирают оптимальную рабочую точку оптрона. Затем подбором

1352652

2 3() (X6,w — R 6,5 )+2jX 6.) П 6.5

2(Х2 +В 1

Из этого следует, что при X 6 = R 6 < имеем мнимый коэффициент передачи, .что соответствует фазоному сдвигу о

Л5

90 . При R 6 Х (которое соответ.ствует случаю U 22 (0) имеем агр; 1

) 90 и наоборот, Из выражений (l) и (2) видно, что

55 резистора 5.1 устанавливают требуемую амплитуду напряжения IJ . После такой подготовки данный узел готоп к работе. Коэффициент передачи равен К = ,о

-------т — -- °

= 1+ В„/RÄ

При U2 (0 сопротивление фоторезистора 5.2 увеличивается, вследствие чего значение К возрастает и наобо5 рот. Отсутствие электрической связи между первичной и вторичной цепями

О оптрона (цепями управления и передачи сигналов) обеспечивает наименьший уровень помех в устройстве и также способствует повышению его точности благодаря улучшению стабильности показаний.

В схеме управляемого фазонращателя 6 (фиг.4) фоторезистор 6.5 вместе с постоянными резисторами 6.2, 6.3 и конденсатором 6.4, образует мостовую схему, диагональ питания которой подключена к вторичной обмотке согласующего трансформатора 6.1, а измерительная диагональ мостовой схемы служит ныходом. Коэффициент передачи фазовращателя при R Ä 2 = R Ä Ä имеет вид узлы формирования сигналов ошибок о от неортогональности и от неравенства амплитуд напряжений питания датчика

9 всегда имеют н 2 раза большую чувствительность (пропорциональны удвоенному значению ошибки c(или ())). так как реализуют дифференциальный метод сравнения, Это гарантирует дополнительное уменьшение статических ошибок (зон чувствительности) систем автоматической коррекции погрешностей по сравнению с известным устройством.

Формула изобретения

1. Преобразователь перемещения н код, содержащий генератор импульсов, выход которого подключен к входу счетчика, выход к6 торого подключен к входу фазорасщепителя, выходы которо10

7()

25 го подключены к входам соответствующих усилителей, выходы которых подключены к входам фазонращателя, выход которого подключен к управляющему входу блока элементов И, информационные входы которого соединены с группой выходов счетчика, а ныходы являются выходами преобразователя, выходы усилителей подключены к входам первого и второго нуль-компараторов соответстненно, первый дифференциальный усилитель, отличающийся тем что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены два элемента И, два элемента ЗАПРЕТ, сумматор, второй и третий дифференциальные усилители, два интегратора, третий нуль-компаратор, а фазорасщеиитель выполнен н виде фильтра, вход которого является входом фазорасщепителя, а выход соединен с информационными входами управляемого делителя напряжения и управляемого фазонращателя, выходы которых являются выходами фазорасщепителя, выход первого нуль-компаратора соединен с первым входом первого элемента И и информационнь(м входом первого элемента ЗАПРЕТ, выход второго нуль-компаратора соединен с вторым входом первого элемента И и входом запрета первого элемента ЗАПРЕТ, выходы первого элемента И и первого элемента ЗАПРЕТ подключены к иннертирующему и неинвертирующему входам первого дифференциального усилителя соответственно, выход которого через первый интегратор подключен к управляющему входу управляемого фазовращателя фазорасщепителя, выходы усилителей подключены K входам сумматора, выход которого через третий нулькомпаратор соединен с первым входом второго элемента И и информационным входом второго элемента ЗАПРЕТ, выходы усилителей подключены к инвертирующему и неинвертирующему входам второго дифференциального усилителя соответственно, выход которого подключен к второму выходу второго элемента И и входу запрета второго элемента ЗАПРЕТ, выходы второго элемента,И и второго элемента ЗАПРЕТ подключены к инвертирующему и неиннертирующему входам третьего дифференциального усилителя, выход которого подключен через второй интегратор к управляющему входу управляемого делителя напряжения фазорасщепителя.

1352652

15

?. Преобразователь по п.l, о т— л и ч а ю шийся тем, что управляемый делитель напряжения содержит два резистора и резисторную оптопару, один вывод первого резистора является информационным входом управляемого делителя, а другой его вывод является выходом управляемого делителя напряжения и подключен к одному выводу резистора оптопары, другой вывод которого соединен с общей шиной, анод светодиода резисторной оптопары является управляющим входом управляемого делителя напряжения, а катод его подключен к одному выводу второго резистора, другой вывод которого подключен к шине отрицательного потенциала.

3. Преобразователь по п.l, о т— отличающийся тем, что управляемый фазовращатель содержит согласующий трансформатор, три резистора, конденсатор и резисторную оптопару, вход согласующего трансформатора является информационным входом управляемого фазовращателя, выходы согласующего трансформатора подключены к одним выводам первого и второго резисторов, другие выводы которых объединены и соединены с общей шиной, одни выводы первого и второго резисторов подключены к одним выводам конденсатора и резистора резисторной оптопары, другие выводы которых объединены и являются выходом управляемого фазовращателя, анод светодиода резисторной оптопары является управляющим входом управляемого фазовращателя, а его катод соединен с одним выводом третьего резистора, другой вывод которого соединен с шиной отрицательного потенциала.

1352652

Составитель M.Ñèäoðoâà

Редактор Н.Горват Техред A.Êðàâ÷óê Корректор И.Муска

Заказ 5577/57

Тираж 900 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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