Преобразователь перемещения в код

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам преобразования сигналов синусно-косинусных датчиков угла, и может быть использовано в измерительных системах угловых и линейных перемещений, где требуется высокая разрешающая способность. Целью изобретения является повышение точности и упрощение преобразователей с использованием интерполяции. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе перемещения в код, содержащем синусно-косинусный датчик 1 угла, усилитель 2 с прямыми и инверсными выходами, фазорасщепитель 3, пороговые элементы 4, блок 5 логической обработки, устройство 6 отсчета, пороговые элементы 4 выполнены в виде компараторов, на входы которых поступают сигналы с выходов фазорасщепителя со сдвигом фаз 180° - 180° M/K (для компараторов с 1-го по K+1) или 180° г/к (для компараторов с K+2 по 2K) соответственно попарно. Такое включение компараторов позволяет повысить точность преобразования за счет увеличения вдвое крутизны входного сигнала, а также сократить число выходных фаз фазорасщепителя, что существенно упрощает преобразователь в целом.

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (рц Н 03 И 1/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3 ;:ЕР 6Н -bid Т

Фцг!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4401440/24-24 (22) 31 . 03. 88 (46) 07.05. 90. Бюл. К> ) 7 (71) Вильнюсский филиал Экспериментального научно-исследовательского института металлорежущнх станков (72) В.Ю. Каваляускас, Л.И. Кулис и Б.И. Минцерис (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Я 622052, кл. Н 03 И 1/24, 1977.

Заявка Великобритании N". 1118997, кл. G 4 Н, опублик, 196?.

Фотоэлектрические преобразователи информации. /Под ред. Л.Н. Преснухина. — И.: Yàøèíîñòðîåíèå, 1974,. с. 180, (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В

КОД (57) Изобретение относится к автомати-. ке и вычислительной технике, в част„„SU„, 1562969 ности к устройствам преобразования сигналов синусно-косинусных датчиков угла, и может быть использовано в измерительных системах угловых и линейных пер е мещений, где треб уе тся в ысокая разрешающая способность. Целью .изобретения является повышение точности и упрощение преобразователей с использованием интерполяции. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе перемещения в код, содер-. жащем синусно-косинусный датчик 1 угла, усилитель 2 с прямыми и инверсны-, ми выходами, фаэорасщепитель 3, пороговые элементы 4, блок 5 логической обработки, устройство 6 отсчета, поро- говые элементы 4 выполнены в виде ком-CO параторов, на входы которых поступают сигналы с выходов фаэорасщепителя со о ош

С::

k сдвигом фаз 180 — 180 — (для компарата1562969 ров с 1-ro по k+1)-й или 180 - для

k компараторов с k+2 ««о 21)соответственно попарно. Такое включение компарато-5 ров позволяет повысить точность пре-.

Изобретение относится к автоматике вычислительной технике, в частности к устройствам преобразования сигналов синусно-косинусных датчиков угла, и может быть использовано в измеритель- 15 ных системах угловых и линейных перемещений, где основным требованием является высокая разрешающая способность преобразования.

Цель изобретения — повышение точ20 ности и упрощение преобразователя с использованием интерполяции путем уменьшения количества фаз фазорасщепителя.

На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя перемещений в код; на фиг. 2-4 — диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь содержит синуснокосинусный датчй 1. Углав у ит ь 2 30 с прямыми и инверсными выходами, фазорасщепитель 3, 2k компараторов 4, Ф блок 5 логической обработки, отсчетное устройство 6.

Преобразователь перемещений в код работает следующим образом.

Синусно-косинусный датчик 1 угла при перемещении формирует на своих выходах.два ортогональных сигнала.

Эти сигналы через усилитель 2 с пря- 40 мыми и инверсными выходами поступают на фаэорасщепитель 3, который на своих выходах вырабатывает сигналы, амплитуды которых нормированы, а сдвиг фаз между ними равен 180 /k при 45 четном k и 180 /2) пр«« нечетном k. Выходные сигналы фазорасщепителя 3 подкЛючены к обоим входам каждого из 2kкомпараторов 4,...,4 (в данцом слу«4 чае k = 5), причем к входам компараторов 4,-4 (с первого по k+1-й) под ключены пары выходов фазорасщепителя 3 со сдвигом фаз, равным 180 о

)804

- — — m, где ш 0,1,2,...,k, а к

55 входам компараторов 6-10 (c k+2 -го по 2k-й)-пары выходов фазорасщепителя 3 со сдвигом фаэ, равным 180,1„

k образования за счет увеличения вдвое крутизны входного сигнала, а также сократить число выходных фаз фазорасщепителя, что существенно упрощает преобразователь в целом. 4 ил. где при четном k Г = 1,2,..., К

2,1, а при нечетном k Г = 1,2,..., k-1 ...,2,1. Число компараторов 4 в

2 два раза меньше коэффициента интерполяции (21 = <), на каждый иэ компараторов поступают две фазы, каждый ком 4 сравнивает два соответствующих сигнала между собой и на своФ их выходах формирует прямоугольные сигналы, фронты которых находятся в местах пересечения, указанных сигналов.

В блоке 5 логической обработки в местах .фронтов прямоугольных сигналов на выходе компараторов 4 формируются короткие прямоугольные (счетные) импульсы, которые и поступают в отсчетное устройство 6 (в котором осуществляется счет импульсов), а далее информация о перемещения может быть визуализирована на индикаторном табло или передана для обработки в ЭВИ.Принцип работы блока 5 может быть различ1 ным, так как методы формирования счетнь«х импульсов из фронтов прямоугольных импульсов широко известны и решаются обычным способом поэиционной логики

Таким образом осуществляется интерполяция (т.е. внутришаговое деление) шага преобразователя перемещений. На-пример, если в качестве синусно-косинусноro датчика 1 угла использован растровый фотоэлектрический синуснокосинусный преобразователь, шаг которого 20 мкм, то с интерполятором,< коэффициент интерполяции которого р =

20, мы имеем возможность получить

20 импульсов на один период сигнала преобразователя, т.е. в 20 раз повысить разрешающую способность системы, получая информацию о перемещении велич««ной в 1 мкм. Рассмотрим подробнее принцип интерполяции на примерах.

На фиг. 2 пояснен принцип работы преобразователя с р = 20. Исходными

5 )5629 сигналами, поступающими с датчика !, являются квадратурные (синусные и косинусный ) сигналы — А, В. После усиления и фазорасщепления в дальнейших преобразованиях участвуют фазы А, В, С, F С, Е . Зти фазы сдвин ты p l относительно друга на 18 (180 /2 5, ибо )с †. нечетное, равное 5), полученные сигналы с выхода фазорасщепите10 ля 3 объединяются в пары (сдвиг фаз в паре

180" — †--m) где m = 0,1,2,...,k) и попарно поступают на соответствующие компараторы 4, т. е. на первый компаратор 4 подается пара, сигналы в которой сдвинуты на 180 (180

О). На входы компаратора 4

k подаются сигналы А и А; в точке их 20 пересечения и формируется короткий первый счетный импульс (после блока 5 логической обработки) и обозначенный

АА. На второй компаратор 4 подается пара, сигналы в которой сдвинуты на о о 180

144 (180 — — — I). Образуемый сиг5 нал после блока 5 логической обработки обозначен РА (поскольку в его образовании участвуют фазы Г и А). Импульсы образуются в местах пересечения соответствующих сигналов, обозначенных на фиг. 2 жирными точками. Для получения 20 импульсов за шаг преобразователя (на фиг. 2 для краткости указано 10 импульсов на половине шага) требуется наличие восьми фаз на выходе фазорасщепителя 3. Если бы в компараторе был использован триггер

Шмидта, то сравнивался бы один сигнал с выхода фазорасщепителя 3 с нулевым

40 сигналом, а в предлагаемом случае два сигнала с выхода фазорасщепителя 3. Рассмотрим, например, образование пятого импульса на фиг. 2.При ис45 пользовании триггера Шмидта он образуется пересечением фазы Е с нулевым уровнем, ав предлагаемом случае пятый импульс образован пересечением фаз

S и В. Это эквивалентно двукратному

5величению крутизны (или наличию усилителей с коэффициентом усиления 2).

В предлагаемой схеме можно в два раза ослабить требования к чувствительности применяемых компараторов 4. В

55 точках пересечения двух сигналов между собой повышается точность срабатывания компараторов 4.

69 6

Аналогично, может быть рассмотрен другс- и и ример . Преобра зова тель с ко эффициентом интерполяции р = 40 (фиг.3) .

В этом случае на выходе фазорасщепителя 3 имеется тоже восемь фаз: А, А, В, В, С, F, S, Е. Фазы сдвинуты друг относительно друга на 18

180 (†--- = 18, ибо k четное, равное 1О).

Сдвиг фазы в паре, в которые объединяются сигналы на выходе фазорасщепио 180 теля 3 равен !80 — †-- m где ш =

k

Э

0,1,2,...,k. Такой сдвиг фаз между сигналами, подаваемыми на первые одиннадцать компараторов 4. K входам компараторов 4 с 12 — го по 20-й пара выходов фазорасщепителя 3 имеет сдвиг

180 фаз, равный — — — Г, где Г = 1,2,3,4, 5,4,3,2,1 (поскольку k — четное число). Как и в случае р = 20, импульсы образуются в местах пересечения соответствующих сигналов, обозначенных на фиг. 3 жирными точками. Из фиг. 3 видно, что для получения коэффициента интерполяции р = 40 (это означает, что при шаге 20 мкм, разрешающая способность достигает 0,5 MKM) требуется наличие тех же восьми фаз А, Л, В, В, С, F, S, Е, однако их другое сочетание, т.е ° иное спаривание при подаче на компараторы 4 обеспечивает получение 40 импульсов за период. На фиг.3 обозначены необходимые для этого пары:

АА, АС, AF, AS, AE, ЛВ, СВ, FB, SB, ЕВ, ВВ, АС, AF, AS, АЕ, АВ, СВ, ГВ, SB ЕВ.

Точно так же можно показать работоспссобность интерполятора с р = 80 (фиг. 4). Для этого требуется 13 фаэ.

Сдвиг фаз в парах и обозначения участвующих в образовании импульсов пар указаны на фиг. 4.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Преобразователь перемещения в код, содержащий синусно-косинусный датчик угла, выходы которого подключены к входам усшиьтеля, прямые и инверсные выходы которого подключены к входам фазорасшеиителя, 2k компараторов, выходы которых подключены к входам блока логической обработки, выходы которого подключены к входам отсчетного устройства, о т л и ч а ю щ и Й с я тем, что с це. llю повышения точности

1562969 и упрощения преобразователя, в нем выходы фазорасщепителя подключены к обоим входам каждого из компараторов соответственно попарно, причем к входам каждого иэ компараторов с первого по{1+1)-й подключена одна иэ пар выходов фазорасщепителя, соответствуюо 180 щих сдвигам фаз 180 - †-- ш где

k .р — коэффициент интерполяции преобразователя, m = 0,1,2,...,k, к входам каждого иэ компараторов с (k+2)-ro по 2k-й подключена одна иэ пар выходов фаэорасщепителя, соотве;—

I 80 ствУющих сдвигам фаэ — --. Г, где

1,2,..., —,...,2,1 при четном k

k-1 и Г = 1,2,..., -2-,...,2,) при нечетf0 ном k. !

1562969

Составитель Е. Бударина

Редактор Л. Зайцева Техред Л. Олийнык Корректор C. Черни

Тираж 665

Подписное

Заказ 1068

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