Преобразователь угловых перемещений

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров движения и управления подвижными объектами. С целью повышения точности и расширения функциональных возможностей в преобразователь, содержащий ось, неподвижный диск, подвижный диск, ферромагнитные выступы, обмотки 36 - 40 считывания точного отсчета, обмотки 42 - 46 возбуждения точного отсчета и опорный источник 48, введены блок 17 детекторов, блок 18 пороговых элементов, арифметический блок 19 грубого отсчета, шина 20 нулевого потенциала, блок 21 детекторов, блок 22 пороговых элементов, арифметический блок 23 точного отсчета, кроме того, в преобразователи введены коммутатор 24, аналого-цифровой преобразователь 25, регистр 26, компаратор 27, блок 28 выборки и хранения, инвертор 29, формирователи 30, 31, блок 32 выборки и хранения, вычитатель 33, блок 34 задержки, блок 35 выборки и хранения, обмотка 41 считывания грубого отсчета и обмотка 47 возбуждения грубого отсчета. Дискретизация блоками 28, 32 и 35 выборки и хранения амплитудных уровней выходного напряжения считывания, а также формирование разности смежных результатов дискретизации обеспечивают получение на выходе регистра 26 кода угловой скорости подвижного объекта. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

80„„ ЫЗа (5!)5 G CI1 В 7/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н двторСКому Свидетельству

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4325076/24-28 (22) 09. » .87 (46) 15,02.90. Бюл. р 6 (72) А.С.Самсонов, А.И.Никонов, A.Ã.ÑåìèêoëåHîâ и 11.В.Касперов (53) 621.317.39:531.717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 842388, кл. 6 01 В 7/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Р 945639, кл. С 01 В 7/30, 1982. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ПЕРЕ11ЕЦЕНИЙ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и Может быть использовано для измерения параметров движения и управления подвижными объектами. С целью повышения тонности и расширения функциональных возможностей в преобразователь, содержащий ось, неподвижный диск, подвижный диск, ферромагнитны"1543223

10 выступы, обмотки 36 — 40 считывания точного отсчета обмотки 42 — 46 возЭ I буждения точного отсчета и опорный источник 48, введены блок 17 детекторов, блок 18 пороговых элементов, арифметический блок 19 грубого отсчета, шина 20 нулевого потенциала, блок 21 детекторов, блок 22 пороговых

Элементов, арифметический блок 23

Точного отсчета. Кроме того, в преобразователь введены коммутатор 24, аналого-цифровой преобразователь 25, регистр 26, компаратор 27, блок 28

Изобретение относится к контрольйо-измерительной технике и может быть 20 использовано для измерения параметров

Движения и управления. подвижными объектами.

Цель изобретения — повышение точйости и расширение функциональных.воз-25 можностей преобразователя за счет

*реобразования также и скорости перемещений, На фиг. 1,2 и 3 изображена конструкция датчикапреобразователя соот- 30 ветственно разрезыА-А,Б-Б,В-В; на фиг.4 -блок-схема преобразователя.

Преобразователь угловых перемещений содержит ось 1, неподвижный диск

2, подвижный диск 3, ферромагнитные 35 выступы 4 — 16, блок 17 детекторов, блок 18 пороговых элементов, арифметический блок 19 грубого отсчета, шину 20 нулевого потенциала, блок 21 детекторов, блок 22 пороговых элемен- "ц тов, арифметический блок 23 точного отсчета, коммутатор 24, аналого-цифровой преобразователь 25, регистр 26, компаратор 27, блок 28 выборки и храйения, инвертор 29, Формирователи 30, 31, блок 32 выборки и хранения, вычитатель 33, блок 34 задержки, блок 35 выборки и хранения, обмотки 36,37 — 40 считывания точного отсчета, обмотку 41 считывания грубо- 50 го отсчета, обмотки возбуждения 42,.

43 — 46 точного отсчета, обмотку 47 возбуждения грубого отсчета, опорный источник 48.

Обмотки 36,37 - 40 расположены на ферромагнитных выступах соответст55 венно. 8,9-12, обмотки 42,43-46 расположены на ферромагнитных выступах соответственно 15,4,5,6,7, обмотки 41 выборки и хранения, инвертор 29, Фор мирователь 30,31, блок 32 выборки и хранения, вычитатель 33, блок 34 задержки, блок 35 выборки и хранения, обмотка 41 считывания грубого отсче= та и обмотка 47 возбуждения грубого отсчета. Дискретизация блоками 28,32 и 35 выборки и хранения амплитудных уровней выходного напряжения считывания, а также формирование разнос- ти смежных результатов дискретизации обеспечивают получение на выходе ре гистра 26 кода угловой скорости подвижного объекта. 4 ил. и 47 расположены на ферромагнитных выступах соответственно 13 и 14.

Обмотки 42,43 — 46 возбуждения и обмотки 36,37 — 40 считывания точного отсчета располагаются симметрично по диаметру относительно оси 1 вращения, причем порядок чередования выступов с обмотками возбуждения и считывания сохраняется вдоль координаты угловых перемещений для всех пар выступов и катушек возбуждения 41 и считывания 47. грубого отсчета, Для определенности ферромагнитный диск 2 показан с двумя дорожками канала грубого отсчета и с пятью дорожками канала точного отсчета. Ферромагнитный диск 2 условно разбит на восемь секторов, Для наглядности обмотки 41,42, 43 — 46 возбуждения и обмотки 36,37—

40 считывания на фиг.. 2 показаны условно только в одном секторе и в описании рассматриваются работа и физические процессы преобразователя только в одном из восьми секторов, На подвижном диске 3 закреплен ферромагнитный выступ 16 в виде сектора, состоящий из двух частей, соединенных между собой, и перекрывающий длину обмоток 41,42,43 — 46 возбуждения и обмоток 36,37 — 40 считывания, а также расстояние между парными выступами вдоль координаты угловых перемещений.

Преобразователь угловых перемещений работает следующим образом.

При перемещении оси 1 с закрепленным на ней подвижным риском 3 и ферромагнитным выступом 4, перемещающимся над ферромагнитными выступами 5,616 с закрепленными на них обмотками

41,42 — 46 возбуждения и обмотками 36, Повороты подвижного диска 3 с выступом 16 сопровождаются соответствующим угловым перемещением участков повышенной магнитной проводимости 35 торцовых зазоров парных выступов диска 2, т. е. сменой одних обмоток считывания с высським уровнем выходных сигналов другими. Максимумы уровней выходных напряжений смежных по угловой координате обмоток 36,37 — 40 считывания являются сдвинутыми друг относительно друга на угловой шаг ДЦ) нанесения парных выступов вдоль координаты с .

Выходные сигналы обмоток 36,37—

41 считывания выпрямляются блоками 17, 21 детекторов, затем на выходах блоков 18,22 пороговых элементов формируются двоичные кодовые комбинации (совокупности выходных состояний блоков пороговых элементов) соответственно Цг и Цт, вводимые в арифметические блоки 19,23.

Поскольку выступ 16 не может одйовременно в максимальной степени перекрывать торцовые зазоры более чем одной из пар выступов диска 2 на дорож50

5 15432

37 — 40 считывания, наводимые в обмотках ЗЬ, 37 — 40 считывания сигналы поступают на входы арифметических блоков 19 и 23, В обмотках 36,37 — 40 считывания индуцируется ЭДС, величина которой находится в определенной зависимости от величины зазора.

Поэтому, когда ферромагнитный выступ 16, находящийся на диске 3, в процессе перемещения. объекта будет перекрывать длину обмоток возбуждения

42,43 — 46 и обмоток 36,37 — 40, а таже расстояние между парными выступами 13,14 вдоль координаты угловых перемещений, одновременно перекрывая обмотки возбуждения 41 и считывания 47 канала грубого отсчета, расположенных в радиальном направлении, 20 магнитное сопротивление этих участков будет минимальным. Так как величина

ЭДС, наведенная в обмотках 36,37 — 41 считывания, пропорциональна проводимости соответствующих участков маг- 25 нитной цепи преобразователя с изменением проводимости, которая в свою очередь будет пропорциональна площади участков повышенной проводимости ЭДС, наведенная в обмотках 36,37 — 41 считывания, также будет изменяться.

23 6 ках соответственно грубого и точного отсчета, то выходные кодовые комбинации блоков 18,22 пороговых элментов содержат лишь по одной лог."1", соответствующей высокому уровню выходного напряжения пороговых элементов блоков 18,22. Остальные разряды кодовых комбинаций Я,(„.имеют нулевые значения, соответствующие низкому уровню выходных напряжений. Для углового положения подвижного диска 3 (фиг. 2), единица занимает младший разряд каждой из кодовых комбинаций

qr»qr.

Общее количество цифровых (двоичных) представлений образуемо простым соединением кодовых слов О г и Ц,совместной кодовой комбинации (((Ц соответствующих числу (360 /6 ) обмоток точного отсчета (GAP — измеряется в градусах), равно произведению числа секторов грубого отсчета и числа пт обмоток считывания точного отсчета в каждом из таких секторов, для рассматриваемой реализации предлагаемого устройства такое количество цифровых представлений совместной кодо-! вой комбинации 0„,0 т ) составляет

8.5=40, что соответствует дискретности преобразования угловых перемещений ЬЯ =7,5

Цифровая обработка кодовых комбинаций Ц,(T производится арифметическими блоками 19,23. Значения разрядов кодовой комбинации сдвигаются вправо до тех пор, пока единственная присутствующая в ней единица не займет положения младшего разряда. Число п сдвигов кодовой комбинации Цг, подсчитываемое арифметическим блоком 19, соответствует числу секторов грубого отсчета, находящихся между началом отсчета угловых перемещений(=0 и тем сектором грубого отсчета, в пределах которого нахбдится выступ 16, Двоичная информация И„=п - n с точностью до gq соответствует угловой координате нижней границы сектора нахождения выступа 16. Значения разрядов кодовой комбинации 0 также сдвигаются вправо до тех пор, пока в получаемом таким образом коде единица не займет положение младшего разряда.

Число и„ сдвигов кодовой комбинации

Цт подсчитывается арифметическим блоком 23, который затем формирует двоичную информацию N =(n +.1) об угловом положении выступа 16 внутри сектора

1543223 поверхности диска 2, т,е. о внутрисекторной координате выступа 16. Сумма (Ы„+М„) представляет собой двоичный эквивалент-код угловой координаты выступа 16.

Формирование выходной информации об угловой скорости подвижного диска 3 для определенности рассмотрим, начиная с принимаемого за нулевой мо- 1О мент времени г;=О, когда выступ 16, перемещаясь по часовой стрелке, проходит положение, в котором оН изображен

HB фиг, 2, Кодовал комбинаЦиЯ Ц г с выхода бло-15 ка 22 пороговых элементов воздействует на управляющий вход коммутатора

24, связь111агощего со своим выходом ту из обмоток 36,37 - 40 считывания, возле которой находится выступ 16, для положения выступа 16 (фиг. 2) это обмотка 36 считывания. Выходной сIIГнал Бл данн ОH Обьготки чеpc 3 комму татор 24 воздействует на вход компаратора 27, блокB 28 выборки и хранения, а также инвертора 29.

Прямой выход компаратора 27 находится в единичном cocI Оянии если HB пряжение на его втором входе преьышает нулевое значение. ЗО

Поступая на управляющий вход блока 28 выборки и хранения, выходной югпульс формирователя 30 обеспечивает выборку напряжения, достигающего своегo амплитудного значения, при этом на выходе блока 28 выборки и хранения

35 устанавливается напряжение.

Формирователь 31 запускается по воздействию на его вход положительного фронта сигнала П, поступающего с инверсного выхода компаратора 27 в момент перехода через нулевое значение гзеличины U, на участке ее убывания в пределах периода. Длительности задержек выдачи выходных сигналов

Ugp,U;< cooтветственно формировате,лей 30 и 31 одинаковы, поэтому на выходе блока 32 выборки и хранения устанавливается напряжение П -,ъ О.

Такгн1 Образом, HB выхОдах блокОв

28,32 выборки и хранения формируются напряжения положительной полярности, изменения уровней которых по величине пропорциональны приращениям угловой координаты ц, а разность U> = 5

=Б -Un>, выделяемая на выходе вычитателя 33, пропорциональна угловой скорости (дф/iJt) выступа I6 и нодвж= ного диска 3. Поскольку результат реализации операции вычитания должен обеспечить однозначное соответствие описанного порядка следования операций дискретизации сигналов U,U изменению угловой координаты, необходимо пользоваться выходной информацией вычитателя 33 только в промежутках времени от момента дискретизации U

Такая однозначность соответствия величин У и преобразуемой угловой скорости подвижного диска 3 Обеспечивается тем, что напряжение U зз фиксируется блоком 35 выборки-хранения по выходному импульсу блока 34, поступающему с задержкой во времени относительно момента дискретизации сигнала У,, Выходное напряжение блока 35 выборки-хранения U =U я

1Ioc1упает на вход аналого-цифрового преобразователя 25, где преобразуется в двоичный код углсвой скорости (дфdt), заносимый в регистр 26.

Формула из о бре тен ия

Преобразователь угловых перемещений„. содержащий подвижный диск с осью, неподвижный рпсК ферромагHHTHbIe ступы, дополнительный ферромагнитный выступ, обмотки возбуждения точного отсчета, обмотки считывания точного отсчета, первый блок детекторов, первый блок пороговых элементов и опорный источник, подвижный и неподвижньгI диски расположены соосно, обмотки возбуждения точного отсчета и обмотки считывания точного отсчета расположены на ферромагнитных выступах, которые размещены на поверхности неподвижного диска, обращенной к поверхности подвижного диска, на которой размещен дополнительный ферромагнитный выступ, первый вывод опорного источника через последовательно соединенные обмотки возбуждения точного отсчета подключен к второму выводу опорного источника, обмотки считывания точного отсчета соединены последовательно, B их выводы подключены к входам первого блока детекторов, выходы которого подключены к входам первого блока пороговых элементов, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей за счет преобразования также и скорости перемещений, он снабжен вторым блоком де9 154 текторов, арифметическим блоком точного отсчета, арифметическим блоком грубого отсчета, регистром кода скорости, компаратором, инвертором, двумя формирователями, тремя блоками выборки и хранения, блоком задержки, вычитателем, аналого-цифровым преобразователем, шиной нулевого потенциала и обмотками возбуждения и считывания грубого отсчета, дополнительный выступ выполнен в виде бисекторного элемента с секторами грубого и точного отсчетов, обмотки возбуждения и обмотки считывания грубого отсчета расположены попарно, .каждая на ферромагнитном выступе, выполненном в виде части кольца, ограниченной углом сектора грубого отсчета, ферромагнитные выступы одной пары разнесены между собой в радиальном направлении на расстояние, обеспечивающее перекрытие их дополнительным ферромагнитным выступом, обмотки возбуждения и считывания точного отсчета размещены попарно симметрично относительно радиусов, смещенных между собой на половину угла сектора точного отсчета, пары обмоток возбуждения и считывания точного отсчета смещены между собой в радиальном направлении на расстояние, обеспечивающее перекрытие их дополнительным ферромагнитным выступом, первый вывод опорного источника через последовательно соединенные обмотки возубждения грубого

3223 10 отсчета подключен к второму выводу опорного источника, выводы обмоток считывания грубого отсчета подключены

5 к входам второго блока детекторов, выходы которого через второй блок пороговых элементов подключены к входам арифметического блока грубого отсчета, выходы первого блока пороговых элементов подключены к входам арифметического блока точного отсчета и управляющим входам коммутатора, к сигнальным входам которого подключены выводы обмоток считывания точного,отсчета, выход коммУтатора подключен к первому входу вычитателя, выход которого подключен к сигнальному входу третьего блока выборки и хранения, выход которого подключен к входу ана20 лого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к выходу регистра кода скорости, выход компаратора через первый формирователь подключен к управляющему входу первого блока

25 выборки и хранения, выход которого подключен к второму входу вычитателя, а инверсный выход блока через второй формирователь подключен к управляющему входу второго блока выборки и хранения и входу блока задержки, выход которого подключен к управляющему входу третьего блока выборки и хранения, а шина нулевого потенциала подключена к второму входу ком35 паратора.

1543223

Составитель В.Подолян

Техред N.Ходанич Корректор М.Шароши

Редактор А.Долинич

Заказ 392 Тираж 501 Подписное

ВНИИИ 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