Преобразователь угол-код

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах автоматики для преобразования угловых и линейных перемещений в цифровой код.Целью изобретения является повышение чувствительности и точности преобразования угла. Для этого в преобразователь угол-код по а.с.N.580573 введены генератор импульсов, источник опорного напряжения, N разрядных каналов формирования кода, а возле боковых кромок участков магнитопроводящего материала кодового диска в металлизированном покрытии выполнены радиальные прорези. Поставленная цель достигается за счет того, что на кодовом диске есть три зоны магнитной проницаемости, по величине которой разрядный канал формирования кода обеспечивает точное формирование границ квантов. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТОНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1УБЛИН 5п 4 Н 03 М 1/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и АBTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

1:10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

Д И ГИНТ ССа» (61) 580573 (21) 4242100/24-24 (22) 11.05.87 (46) 23.04.89. Бюп. Р 15 (72) А.И. Никонов, В.А. Казеева, В.М. Карпович и С.С. Байгускарова (53) 681.325(088.8) (56) Авторское. свидетельство СССР

Ф 580573, кл. Н 03 М 1/26, 1976. (54) ПРКОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ вЂ” КОД (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах автоматики для преобразования угловых и линейных перемещений в цифровой код.

Белью изобретения является повышение

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, может быть использовано в устройствах автоматики для преобразования угловых и линейных перемещений в цифровой код и является усовершенствованием преобразователя по авт.св. У 580573.

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности преобразования.

На фиг. 1 показана конструкция кодового диска, разрез; на фиг. 2— разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3— схема преобразователя; на фиг.4— графики зависимостей уровней выходных сигналов считывающего элемента и выходного напряжения разрядного канала от угла поворота контролируемого вала..Я0„, 1474844 A2 чувствительности и точности преобразования угла. Для этого в преобразователь угол — код по авт.св. Ф 580573 введены генератор импульсов, источник опорного напряжения, N разрядных каналов формирования кода, а возле боковых кромок участков магнитопроводящего материала кодового диска в металлизированном покрытии выполнены радиальные прорези. Поставленная цель достигается эа счет тога, что на кодовом диске есть три зоны магнитной проницаемости, по ве,.нчине которой разрядный канал формирования кода обеспечивает точное Формирование границ квантов. 1 з.п.A-лы, 4 ил. а е

Преобразователь угол — код содержит кодовый диск 1, выполненный из электроиэоляционного материала 2 с р двухсторонним металлизированным покрытием 3 (на фиг. 1 показана однодорожечная конструкция кодового диска t), дорожки 4 кодового диска 1 заполнены магнитопроводящим (например, магнитомягким) материалом, радиальные пазы 5, входной вал б, опросный элемент 7, считывающий элемент 8, входную 9 и вьмодную t0 обмотки, разрядный канал 11 формирования кода, выполненный в виде переключателя 12, ) устройство 13 выборки-хранения (УВХ), функциональный преобразователь 14 напряжения, усилитель 15, элемент 16 задержки, элемент И 17, компаратор 18, формирователь 19 импульсов, элемен1474844 г — U и В.+ г (1) 35 ты И 20 и 21, триггер 22, выход 23, шину 24, токозадающий элемент 25, выполненный на резисторе, генератор 26 импульсов, источник 27 опорного напряжения.

Преобразователь работает следующим образом.

Выходные импульсы элемента 16 задержки выдаются с запаздыванием от- 10 носительно времени поступления по шине 24 выходных импульсов генератора

26. Величина ь, данного запаздывания выбирается соответствующей времени, которое необходимо для изменения ком- 15 мутационного состояния переключателя

12, что позволяет исключить неоднозначность выборки входного напряжения

УВХ 13. Длительности выходных импульсов генератора 26 и элемента 16 за- 2О держки одинаковы.

До воздействия очередного выходного импульса элемента 16 задержки на управляющий вход переключателя 12 входная обмотка 9 через резистор 25 25 электрически связана с первым выходом источника 27. По каждому из своих выходов источник 27 выдает постоянные однополярные напряжения. Резистор 25 и входная обмотка 9 образуют делител y0 подключенный к первому выходу источника 27, так что к выводам входной обмотки 9 прикладывается постоянное напряжение где U — напряжение, выдаваемое с первого выхода источника 27; — активное сопротивление.,входной обмотки 9; 40

R — активное сопротивление р езистора 25.

В интервале времени, соответствующем длительности 3 выходного им45 пульса элемента 16 задержки, переключатель 12 изменяет свое коммутационное состояние, в результате чего оба вывода входной обмотки 9 оказываются подключенными к общей шине преобразо50 вателя, т. е. входная . обмотка 9 вво" дится в режим короткого замыкания.

Следовательно, в течение времени . на входную обмотку 9 воздействует

55 перепад напряжения; от уровня U до нулевого уровня.

Таким образом, при периодическом поступлении на управляющий вход пере1 ключателч 12 выходных импульсов эле мента 16 задержки, представляющих собой задержанные на заданное время выходные сигналы генератора 26, во входной обмотке формируются импульсы опроса длительности с; полярности этих импульсов и напряжения U прол тивоположны.

Совокупность, во-первых, входной обмотки 9 на магнитопроводе опросного элемента ?, а также выходной обмотки

10 на магнитопроводе считывающего элемента 8 и, во-вторых, участка кодового диска 1, входящего в зазор между торцами магнитопроводов опросного 7 и считывающего 8 элементов, образует регулируемый за счет углового положения g кодового диска 1 трансформатор. Полярность импульсных сигналов, снимаемых с выходной обмотки

10Ä уровень (максимальное значение) которых обозначают через V, определяется ориентированием направления намотки ее витков, которые в преобразователе обеспечивают положительную полярность сигналов, формируемых в выходной обмотке 10 в течение интервала о действия выходного импульса элемента 16 задержки.

Рассмотрим режим работы предлагаемого преобразователя при нормальной температуре среды, окружающей опросный 7 и считывающий 8 элементы.

Магнитная цепь входной обмотки 9 состоит из участков магнитопровода опросного элемента 7, воздушных зазоров между торцами магнитопровода опросного элемента 7 и кодовым диском 1, участков кодового диска 1, зазоров между кодовым диском 1 и торцами магнитопровода считывающего элемента 8, а также из участков магнитопровода считывающего элемента 8.

Исходное положение кодового диска 1 (фиг. 1 и 2) соответствует его угловой координате (p = О. В данном положении кодового диска 1 зазоры между противолежащими торцами магнитопроводов опросного 7 и считывающего

8 элементов перекрываются лишь электроизоляционным основанием 2 (фиг.2), относительная магнитная проницаемость которого практически равна единице (т.е. значению воздушной относительной магнитной проницаемости), а наличие радиальных пазов 5 устраняет возможность образования короткоэамкну- тых витков, охватывающих путь распространения по магнитной цепи входной

74844

5 14 обмотки 9 от опросного элемента 7 к считывающему элементу 8 рабочего магнитного потока, созданного в результате формирования импульса опроса.

В рассмотренном исходном положении кодового диска 1 и при нормальной температуре окружающей среды уровень

Ч „ сигнала наводимого в выходной обмотке 10 рабочим потоком магнитной цепи входной обмотки 9, равен значению V, (фиг. 4, точка пересечения оси ординат V сплошной кривой графика периодической функции V (P )).

Если кодовый диск 1 поворачивается в направлении возрастания величины q (против часовой стрелки, фиг. 1), но угловое перемещение не превышает значения кванта q, т.е.

0 с Ц c q, то зазоры между противолежащими торцами магнитопровсдов опросного 7 и считывающего 8 элементов заполняются маг нитопроводящим материалом 4 ° Поэтому магнитное со,противление цепи входной обмотки 9 уменьшается, и значение уровня V сМгнала, наводимого в выходной обмотке 10, возрастает сравнительно со значением 1J„ (фиг. 4): V, >, если 0 +ñ q.

Значение постоянного напряжения на втором выходе источника 27 ""îñòàâляет именно V и поэтому гри 0 с с1 выходные импульсы-сигналы усилителя

15 (фиг. 3), который при нормальном температурном режиме не изменяет их уровня, сравнительно с уровнем сигналов, наводимых в выходной обмотке 10, поступая на первый вход компаратора

18, вызывают появление импульсов по-. ложительной полярности на прямом выходе компаратора 18.

Двухвходовый элемент И 17, выполняющий функцию элемента задержки, пропускает на вход формирователя 19 любой выходной импульс усилителя 15, так как, во-первых, на второй вход первого элемента И 17 подано напряжение Б,, превосходящее уровень логической едияицы, соответствующий элементам И 17, 20 и 21 и компаратору 18, а, во-вторых, параметры регулируемого трансформатора с входной

9 и выходной 10 обмотками и усилителя +5 выбраны такими, что даже минимальный уровень 7 ц дцц 7ф ) (1 5 Я) превосходит по значению уровень логической единицы элемента И 17. Формирователь 19, запускаемый по переднему фронту выходного сигнала перво-го элемента И 17, создает короткий импульс опроса состояния компаратора 18. Задержка, вносимая в выдачу выходного импульса формирователя 19 при прохождении сигнала с выхода усилителя 15 через элемент И 17, относит начало опроса состояний выходо ; компаратора 18 на момент, когда возможные переходные процессы, вызываемые в схеме компаратора 18 воздействием на его первый вход выходного импульса усилител я 15, оказываются

I заведомо завершенными, т. е. параметры первого элемента И 17, компаратора 18 и формирователя 19 выбираются такими, чтобы задержка в выдаче формирователем 19 импульса опроса состояния компаратора 18 оказалась не меньшей, чем задержка в установлении выходных состояний компаратора 18 пр.; одновременном воздействии на первые входы первого .элемента И 17 и компаратора 18 выходного импульса усилителя 15. Краткость длительности выходного импульса формирователя 19 означает то, что задний фронт импульса положительной полярности, снимаемого с прямого выхода компаратора 18 (и соответственно задний афронт перепада напряжения с высокого на низкий уровень на инверсном выходе компаратора 18), отстает во времени от заднего фронта выходного импульса формирователя 19, т.е. с помощью вьгходного импульса формирователя 19 состояния выходов компаратора 18 опрашиваются именно во время действия на пер4О вый вход компаратора 18 выходного импульса усилителя 15 °

Таким образом, стробируемый импульсом положительной полярности, снимаемым с выхода компаратора 18, 45 выходной имп ульс формирователя 1 9 проходит через элемент И 20 и уста-. навливает триггер 22 в единичное сосостояние либо подтверждает уже до- стигнутое ранее единичное состояние триггера 22, и с выхода 23 выдается постоянное напряжение высокого (единичного) уровня.

Выдача нового выходного импульса генератора 26 обусловливает повторение описанного цикла преобразования во времени, аналогично которому происходит формирование выходной информации при угловых положениях кодового

1474844.

Аналогично указанному формируются нулевые значения кода угловых перемещений вала 6 на участках 3q q 6 4q;

5q < (p с 6q и т.д., т.е. выдача разрядным каналом .11 напряжения низкого уровня, соответствующего логическому нулю, производится при любом угловом положении (2m+1) q (ц> а 2 (m+1) q вала 6, 0 Дальнейшее рассмотрение работы преобразователя производят, полагая, что температура 9 среды, окружающей опросный 7 и считывающий 8 элементы, уже не поддерживается нормальной, а, напротив, может изменяться.

В промежутках между выдачей импульсов с выхода элемента 16 задержки на управляющий вход переключателя

12 воздействует напряжение низкого (нулевого) уровня, чему соответствует такое состояние переключателя 12, при котором с первого выхода источника 27 к последовательно соединенным резистору 25 и входной обмотке 9 прикладывается постоянное напряжение

Б . Активное сопротивление К резистора 25 термостабилизировано и. функ.,циональную зависимость напряжения от температуры согласно выражению (1} определяют лишь температурные изменения активного сопротивления входной обмотки

r = г, (1 +oC (9 -0„)), где — нормальная температура (прин нимают 8„= 20 С);

r — активное сопротивление входо ной обмотки 9 при нормальной температуре;

oC — температурный коэффициент сопротивления материала обмоточного провода.

Итак, при отсутствии импульсов напряжения на выходе элемента 16 задержки на вход УВХ 13 подается напряжение !, уровень которого зависит от колебаний температуры 8 среды, окружающей опросный 7 и считывающий

L б

8 элементы. Во время его поступления по шине 24 на управляющий вход УВХ 13 производит выборку и запоминание своего входного напряжения, т.е. уровень выходного напряжения Ь, УВХ 13 становится равным величине U> °

Поэтому уровень {максимальное зна- 30 чение) импульсного сигнала, наводимого при. угловом положении q c y 2q кодового диска 1 в выходной обмотке

10 и при нормальном тепловом режиме и повторяемого усилителем 15,. не пре-35 вышает порогового уровня V,; постоянного напряжения, воздействующего с второго выхода источника 27 на второй вход компаратора 18 (фиг. 3 и 4):

Ч, с V, . При таком соотношении уров- 40 ней сигналов, поступающих на входы компаратора 18, во время действия выходного импульса усилителя 15 с прямого выхода компаратора 18 снимается напряжение низкого (нулевого}, а с инверсного выхода компаратора 18— напряжение высокого (единичного) уров. ня. Следовательно, выходной импульс формирователя 19 проходит в этом случае через элемент И 21, устанавливает

1 триггер 22 в нулевое состояние либо подтверждает наличие у триггера 22 нулевого состояния, если оно было достигнуто ранее, и участку угловых перемещений вала 6 q с с (2q соответствует выдача низкого (соответствующего логическому нулю) уровня напряжения с выхода 23 разрядного канала 11.

Y-=К (— -1)

Uï

Х диска 1 2Ч . 3q; 4Ч -сс «с 5Ч и т.д. 1

Таким образом, напряжение высокого уровня на выходе 23 разрядного канала 11 формируется при 2mqс Ср (2m +

+ 1)q, где m — целое число или нуль, причем, если величина кванта выража- ется в радианах, границы изменения m определяются неравенствами 0 m "-Г(1 q) — 13

Когда вал 6 занимает угловое положение q c. q z 2q, противолежащие торцы опросного 7 и считывающего 8 элементов разделяются двухслойным металлизированным покрытйем 3, которое экранирует прохождение к считывающему элементу магнитного потока, создаваемого в магнитной цепи входной обмотки 9 при формировании описанным образом импульса опроса; эффект экранирования возникает за счет появления в слоях металлизированного покрытия 3 вихревых токов, замыкающихся вокруг пути прохождения рабочего магнитного потока через кодовый диск 1 и оказывающих на цепь входной обмотки 9 размагничивающее действие.

Функциональный преобразователь 14 является специализированным, т.е. воспроизводит функцию одного вида:.

9 1474844 !о

U ç э разрядного канала

У = Б,„ — выходное напряжение этом генератор 26 функционального пре- ляются общими для образователя 14; каналов 11 данной ь

K> — ма -.штабный коэффипи- " модификации предла ент, определяемый па- вателя, ныходной к раметрами функциональ- контролируемого ва ного преобразователя ставляет собой сов

14 и имеющий размер- 10 яний прямых выхода ность напряжения. Другая модифика

Формула изобретения

Используя выражение (1), преобразуют (2):

l l=R Kr=R „r 1+

+ м. (8 — 9„)), т. е,. величина выходного напряжения функционального преобразователя 14 пропорциональна температуре среды выносного механического узла преобразователя..

Воздействие напряжения П,. на управляющий вход усилителя 15 корректирует значение коэффициента усиления, стабилизируя тем самым уровень

Ч„, V границы смены значений выходного кода разрядного канала 1! (фиг ° 4) в условиях колебаний температуры 8 .

Таким образом, при угловых перемещениях вала б на выходе 23 формируется напряжение U,, уровень которого на участках 2mq c (2m+1)q соответствует логической единице, а на участках (2m+1)q ср с 2(m+1)q логическому нулю. т.е. с выхода 23 разрядного канала 11 снимается одноразрядный код угловых перемещений вала б.

При необходимости получения и-разрядного кода угловых положений вала 6 (и - целое, больше единицы) на кодовый диск 1 наносится маска (например, маска кода Грея), содержащая п дорожек, каждая из которых по совокупности своих конструктивных признаков полностью аналогична дорожке 4 кодового диска 1. Возле этих дорожек 4 (фиг. 1 и 2) располагается и пар опросный элемент 7 — считывающий элемент 8, причем входная 9 и выходная

10 обмотки каждой i-й (1 i < и) пары опросный элемент 7 — считывающий элемент 8 включаются в схему соответствующего им i-го разрядного канала

11 формирования кода; структура и принцип действия каждого из и таких разрядных каналов 11 полностью аналогичны структуре и принципу действия

11 (фиг. 3), При и источник 27 яввсех и разрядных многоразрядной гаемого преобразоод угла поворота ла которой предокупность состов и триггеров 22. ия предлагаемого преобразователя генератора 2б импульсов не требует (а во всем остальном она полностью идентична гредлагаемому преобразователю): опросные импульсы на вход элемента 1б задержки и управляющий вход УВХ 13 поступают по шине 24 от генератора импульсов, относящегося к другим устройствам той управляющей или измерительной системы, в состав которой входит данная модификапия предлагаемого преобразователя, например к управляющей вычислительной машине.

1..Преобразователь угол — код по авт. св. Р 580573„.î т л и ч а юшийся тем, что, с це.;ью повышения чувствительности и точности преобразователя, в него введены генератор жчпульсов, источник опорного напряжения, N разрядных каналов формирования кода, где N — количество разрядов преобразователя, возле боковых кромок участков магнитопроводя-. щего материала кодового диска в металлизированном покрытии вйполнены

40 радиальные пазы, выход генератора импульсов соединен с первыми входами, з выходы источника опорного напряжения соединены с вторыми и третьими входами разрядных каналов формирова45 ния кода, входы опросных, элементов соединены с выходами опроса, выходы считывающих элементов соединены с информационными входами соответствующих разрядных каналов формирования кода, а выходы разрядных каналов являются выходами преобразователя.

2. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что каждый разрядный канал формирования кода выполнен в виде токозадающего элемента, элемента задержки, переключателя, функционального преобразователя напряженйя, устройства выборки-хране74844

ll 14 ния, усилителя, компаратора, формирователя импульсов, трех элементов И и триггера, вход элемента задержки соединен с управляющим входом устройства выборки-хранения и является первым входом разрядного канала, выход элемента задержки соединен с управляющим входом переключателя, вход токозадающего элемента является вторым входом разрядного канала, а выход соединен с размыкающим контактом переключателя, замыкающий контакт которого соединен с общей шиной, а переключающий контакт является выходом опрбса и соединен с аналоговым входом устройства выборки-хранения, выход когорого соединен через функциональный преобразователь напряжения с управляющим входом усилителя, сигнальный вход которого является информационным входом ра.зрядного кана5 ла, а выход соединен с первым входом компаратора и первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом компаратора и является третьим входом разрядного канала, выход первого элемента И соединен через формирователь импульсов с первыми входами второго и третьего элементов И, первый и второй выходы компаратора соединены с вторыми вхо 5 дами соответственно второго и третьего элементов И, выходы которых соединены с входами триггера, выход которого является выходом разрядного канала.

1474844

Редактор А. Козориз

Заказ 1910/56 Тираж 880 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул. Гагарина, 101 с

Составитель А. Сидоренко

Техред Л.Сердюкова Корректор Э Лончакова