Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код

 

Изобретение предназначено для автоматического регулирования и может быть использовано для преобразования угла поворота вала в код. Целью изобретения является повышение точности преобразователя. Для этого в фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код, содержащий источник 7 света, вал 1, измерительный диск 3, модуляционную диафрагму 5, фотоприемники 8, введены два блока 9, 10 определения центра светового потока, два аналого-цифровых преобразователя 11, 12 и преобразователь 13 кода. Цель достигается за счет того, что в преобразователе модуляционная диафрагма 5 выполнена в виде диска с равномерно расположенными щелями, число которых на единицу меньше числа щелей измерительного диска 3. В сочетании с большим числом равномерно расположенных по окружности кодовой дорожки дискретных фотоприемников 8 это позволяет определять координаты центра светового потока, поступающего на фотоприемники 8. Угол наклона центра светового потока оказывается в несколько раз больше угла поворота вала 1. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECllYEiËÈÍ (51)5 H 03 М 1/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4458168/24-24 (22) 01.07.88 (46) 07.06.90. Бюл, ¹ 21 (72) Е.В. Горохов и В.А. Драчук (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 492903, кл. Н 03 M 1/26, 1973.

Авторское свидетельство СССР № 649008, кл. Н 03 M 1/30, 1978. (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТИЪ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД (57) Изобретение предназначено для автоматического регулирования и может быть использовано для преобразования угла поворота вала в код. Целью изоб;ретения является повышение точности ,преобразователя. Для этого в фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код, содержащий источник

;7 света, вал 1, измерительный диск 3, „„Я0„„1569986 А1

2 модуляционную диафрагму 5, фотоприемники 8, введены два блока 9, 10 определения центра светового потока, два аналого-цифровых преобразователя 1 1, 12 и преобразователь 13 кода. Цель достигается за счет того,что в преобразователе модуляционная диафрагма 5 выполнена в виде диска с равномерно расположенными щелями, число которых на единицу меньше числа щелей измери=тельного диска 3. В сочетании с большим числом равномерно расположенных . по окружности кодовой дорожки дискретных фотоприемников 8 позволяет определять координаты центра светового потока, поступающего на фотоприемники 8. Угол наклона центра светового потока оказывается в несколько раз больше угла поворота вала 1. 1 э.п. ф-лы, 4 ил.

1569986

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано для преобразования угла поворота вала в код. .5

Целью изобретения является повышение точности преобразователя.

На фиг. 1 приведена структурная схема фотоэлектрического преобразова . теля угла поворота в код; на фиг. 2 - 10 фрагмент проекции рисок иэмерительного диска и модуляционной диафрагмы с многократно уменьшенным для наглядности числом рисок; на фиг. 3 — проекция . расположения; фотоприемников на 1 кодовую дорожку модуляционной диафрагмы для частного случая, когда число фотоприемников равно И=8; на фиг. 4 — функциональная схема блоков ! определения центров светового потока 2О и их подключение к выходам фотоприемников для частного случая, когда ¹8.

Фотоэлектрический преобразователь .угла поворота вала в код содержит вал

1, подшипник 2» измерительный диск 3, 25 на котором расположены N щелей 4-0—

4 — (N-1), модуляционная диафрагма 5, на которой расположены (N+1) щелей

6-0 — 6-(N-2), источник 7 света, фотоприемники 8, блоки 9 и 10 определения центров светового потока, аналого-цифровые преобразователи 11 и 12, преобразователь 13 кода, выход 14 которого является выходом фотоэлектрического преобразователя, 35

Каждый из блоков 9 и 10 определения центров светового потока выполнены в виде операционных усилителей 15 и резисторов 16-19.

Фотоэлектрический преобразователь 40 у. "ла поворота вала в код работает следующим образом.

При повороте вала 1 на угол о(на такой же угол поворачивается жестко насаженный на вал 1 измерительный 45 диск 3. За начало отсчета углов принята ось OY проходящая через середину щели 4-0 круговой модуляционной диафрагмы 5, а за положительное направление отсчета - направление по ча- 50 совой стрелке. За угловое положение входного вала 1 принято угловое положение середины щели 4-0 измерительного диска 3 (фиг. 2, изображено положение измерительного диска для о(=0).

При нулевом значении угла поворота (фиг ° 2) вала 1 и равенстве его ширины щелей 4"0 — 4-(N-1) измерительного диска 3 и модуляционной диафрагмы

5 щель 4-0 измерительного диска 3 полностью совпадает с щелью 6-0 диафрагмы 5, щель 4-1 смещена относительно щели 6-1 диафрагмы 5 на величину Д равную разности угловой меры шага щелей 6-0 — 6-(N-2) модуляционной диафрагмы 5о(, и угловой меры шага щелей

4-0 — 4-(N-1) измерительного диска

Зс(„» щель 4-2 измерительного диска 3 смещена относительно щели 6-2 диафрагмы 5 íà 28 как разность между 2o(y и 24 а смещение между щелью 4-i диска 5 и щелью 6-i диафрагмы 5 составляет Д, причем

2ri <а й= — — -- = (1)

N(N-1) N

При равномерном освещении щели

4-0 — 4-(N-1) измерительного диска 3 световой поток, проходящий через риску модуляционной диафрагмы, пропорционален площади пересечения щели 6-i с расположенной против нее щелью 4-i измерительного диска 3 °

Площади пересечения щели 6-i диафрагмы 5 с щелью 4-i измерительного диска 3 заштрихованы, иэ чего видно, что при нулевом положении входного вала (cd=0) площадь пересечения щели

6-0 диафрагмы 5 с щелью 4-0 измерительного диска 3 максимальна, а площадь пересечения последующих щелей

4-1 — 4- (11-1) и 6-1 — 6-(И-2) уменьшается с их удалением от щели 4-0.

Если световой поток, проходящий через каждую щель 6-i диафрагмы 5, рассматривать по аналогии с механикой» как материальную точку с массой, пропорциональной количеству проходящего через эту щель 6-i светового потока, то в силу симметрии светового потока отдельных щелей 6-i относительно оси OY центр тяжести светового потока всех щелей 6-i диафрагмы лежит на оси OY и вьппе оси ОХ» и его угловая координата равна нулю т.е. при нулевом положении входного вала угловая координата центра тяжести светового потока всех щелей 6-0—

6-(М-2) равна нулю.

При повороте входного вала 1 на угол о(=id, где i — целое число, меньшее N т.е. о((.e(щель 4-i совместится с щелью 6-i. В результате такого поворота ось симметрии, проходящая при (=О через середину щели

6-0 диафрагмы 5, переносится и проходит через середину щели 6-2 и по

15699

i о, или с учетом (1) 1О (2) /3= Na м-< 2Г, U.cos м

i=o (3) цт

55 аналогии с рассмотренным для o(= 0 случаем на этой оси лежит центр тяжести светового потока всех щелей

6-0 — 6-(N-2) диафрагмы 5. Очевидно, что угловая координата центра тяжести светового потока при о(= i равна откуда вытекает, что малый угол поворота входного вала 1 преобразователя

Ы преобразуется в N раэ больший угол поворота центра тяжести светового потока диафрагмы 5р измерение которого с достаточно высокой точностью не представляет технических трудностей 20 при его реализации. Математически доказывается, что соотношение (2) справедливо и для углов о, не кратных 2l (доказательство не приводится ввиду его громоздкости). 25

Из соотношения (2) следует, что

2h при e(-=с(„= — p- =2К, т.е. центр тяжести светового потока диафрагмы 5 лежит на оси OY что соответствует 3р нулевому углу поворота входного вала

1. Исходя из этого, приведя угол поворота входного вала 1 o(„ и к виду

Ы=j n +Ы, где 1 — целое число, а

Ы (Ы„, поворот входного вала 1 на про35 извольный угол o(можно рассматривать как поворот на угол ja(» не изменяющий нулевого значения угловой координаты центра тяжести светового потока, с последующим поворотом на угол 4О

a(, в результате чего центр тяжести светового потока поворачивается на угол p= Nc(.

Принимая за единицу измерения углов поворота входного вала 1 угловую 45 меру следования рисок измерительного диска Зо(„, подсчет числа j дает код грубого отсчета угла о, а измерение угловой координаты центра тяжести светового потока р и представле ния величины в долях угловой меры e(— код точного

Ь отсчета.

В преобразователе подсчет числа

j не рассматривается, для измерения угловой координаты центра тяжести све86 б тового потока р в преобразователе по окружности модуляционной диафрагмы 5 равномерно размещен ряд однородных фотоприемников 8, преобразующих проходящий через измерительный диск 3 и модуляционную диафрагму 5 световой поток в пропорциональные ему электрические сигналы. Эти сигналы поступают на входы блоков 9 и 10 определения центров светового потока, в которых по известным в механике формулам для центра тяжести материальных точек вь-. числяются координаты центра тяжести светового потока.

В общем случае, когда число фотоприемников равно М, а нулевой фотоприемник 8 размещен на оси OY обозначив через U-, величину электрического сигнала i-го фотоприемника 8, учитывая, что сумма выходных сигналов всех фотоприемников 8 есть величина постоянная, приведенные координаты центра тяжести светового потока определяются по формулам м 2У

Х = .Й U sin — i u цт М где U. — величина сигнала с -го фото1 приемника 8, а угловая координата p — по формуле

° p= arctg — —. (4)

Х цт

У цт

В фотоэлектрическом преобразователе угла поворота вала в код преобразование выходных сигналов фотоприемников 8 в выходной код 14 осуществляется блоками 9 и 10 определения центров светового потока, двумя аналого-цифровыми преобразователями 11 и 12 и преобразователем 13 кода. В блоках 9 и

10 определения центров светового потока по значениям выходных сигналов фотоприемников 8 U, U U „, в аналоговом виде в соответствии с формулами (3) вычисляются значения двух прямоугольных координат Х т и У т центра цт тяжести прошедшего светового потока.

Аналого-цифровые преобразователи 11 и

12 приводят значения координат Х и

У> к цифровому виду. В преобразователе 13 кода по значениям кодов координат Х и У в соответствии с формулой (4) вычисляется значение выходного кода преобразователя 14.

1569986

На схеме выходного сигнала (фиг. 3 и 4) восьми фотоприемников 8 Б ...U через резисторы 16 и 17, ослабляющие сигналы U U, U u U в Г2 раз от,носительно cHI HBJIQB U U U g H

5 в соответствии с абсолютными значения23 2l ми коэффициентов sin — i и соз — i в

И М формулах (3) поступают на суммирующие 10 и вычитающие входы операционных усилителей 15, в которых формируются аналоговые значения координат Х „и У,„ в виде электрических напряжений. Резисторы 19 определяют общий коэффици- 1 ! ент передачи сигналов блоками 9 и 10 определения центров светового потока, ! а резисторы 18 выравнивают коэффициенты передачи сигналов по суммирующим и вычитающим входам операционных уси- 20 лите".лей 15.

Техническая реализация преобразователя 13 кодов может быть осуществлена цифровым спецвычислителем или матричным способом, при котором выход- 25 ной код преобразователя выбирается из размещенной в долговременном запоминающем устройстве матрицы по адресу, составленному из кодов Х и Y

Формула изобретения

1. Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код, содержащий последовательно расположенные источник света, измерительный диск, расположенный на валу и имеющий N щелей, модуляционную диафрагму, имеющую

N+1 щелей, и N+1 фотоприемников, о тл и ч а ю шийся тем, что с целью повышения точности преобразователя, в него введены два блока определения центров светового потока,два аналого-цифровых преобразователя и преобразователь кода выходы фотоприемников соединены с соответствующими входами блоков определения центров светового потока, выходы которых соединены с входами одноименных аналогоцифровых преобразователей, выходы которых соединены с входами преобразователя кода, выход которого является, выходом преобразователя.

2. Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что.блок определения центров светового потока выполнен в виде операционного усилителя и (N+1+2)-.х резисторов, первый резистор включен между неинвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной, второй резистор включен между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, остальные резисторы объединены в две группы, первые выводы резисторов первой группы соединены с инвертирующим входом операционного усилителя, первые выводы резисторов второй группы соединены с неинвертирующим входом операционного усилителя, вторые выводы резисторов первой и второй группы являются входами блока, а выход операционного усилителя является выходом блока.

1569986

Quz.2

1569986

Ю Uz Щ 4ЦЦ

Составитель А.. Сидоренко

Техред М.Дидык Корректор Т, Палий

Редактор N. Бланар

Заказ 1458 Тираж 668 Подпи с ное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям н открытиям при ГКНТ СССР

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

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