Устройство для измерения угла поворота объекта

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения углов поворота роторов генераторов, подвижных узлов станков подвижного элемента ротационного вискозиметра и т.д. Техническим результатом является повышение точности. Результат достигается тем, что устройство содержит источник излучения, закрепленный на объекте отражатель объектов, кольцевой мультискан, усилитель, два компаратора, блок поиска, блок управления, блок коммутации, аналого-цифровой преобразователь, блок индикации и ключ, за счет этого уменьшается погрешность при изменении светового потока источника излучения и при смещении оси поворота объекта. 7 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения углов поворота, например роторов генераторов, подвижного элемента ротационных вискозиметров.

Известные устройства для измерения углов поворота (заявка N 3201163 ФРГ, опубл. 28.07.83; патент N 4352287 США, опубл. 05.10.82; патент N 57-5287 Япония, опубл. 29.01.82) отличаются значительной сложностью и ограниченной областью измеряемых углов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения угла поворота объекта (а.с. N 1185083 СССР), содержащее оптически сопряженные источник излучения, отражающий элемент, фотоприемник и схему обработки сигналов. Отражающий элемент выполнен в виде цилиндра с линейно изменяющимся по периметру коэффициентом отражения. О величине угла поворота объекта в устройстве-прототипе судят по величине отраженного от отражателя светового потока.

Недостатками этого устройства, принятого за прототип, является: во-первых, снижение точности измерений при флуктуациях светового потока источника излучения; во-вторых, снижение точности измерений при смещении оси поворота объекта, т. к. в этом случае величина светового потока зависит не только от угла поворота, но и от величины смещения оси поворота объекта; в-третьих, значительная сложность, связанная с необходимостью реализации отражателя с переменным по периметру цилиндра коэффициентом отражения.

В предлагаемом устройстве для измерения угла поворота объекта, включающем оптически сопряженные источник излучения, связанный с объектом отражатель с изменяющимся коэффициентом отражения, объектив и первичный преобразователь светового потока, а также схему обработки сигналов, схема обработки сигналов содержит последовательно включенные согласующий усилитель, аналого-цифровой преобразователь и блок индикации, а также первый и второй компараторы, блок поиска, блок управления, блок коммутации и ключ, при этом первичный преобразователь выполнен в виде кольцевого мультискана, сигнальный выход кольцевого мультискана подключен к согласующему усилителю, выход последнего соединен с входами первого и второго компараторов, выходы компараторов соединены с первыми и вторыми входами блока поиска и блока управления, третий вход блока поиска соединен с ключом, выход блока поиска подключен к третьему входу блока управления, выход блока управления соединен с вторым входом блока индикации и входом блока коммутации, выходы блока коммутации соединены с входами питания кольцевого мультискана, а отражатель выполнен в виде диска с нанесенным на него изображением в форме сегментов различной отражающей способности.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемое устройство для измерения угла поворота отличается наличием новых узлов и блоков. А именно выполнением первичного преобразователя светового потока, реализацией схемы обработки сигналов и выполнением отражателя.

Таким образом заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Положительный эффект изобретения проявляется в увеличении точности измерений при флуктуациях светового потока источника излучения и при смещении оси поворота объекта.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 кольцевой мультискан и изображение отражателя в картинной плоскости; на фиг.3 - характеристики кольцевого мультискана; на фиг.4,5 работа устройства при смещении оси поворота объекта; на фиг.6 пример конкретной реализации блоков поиска, управления и коммутации; на фиг.7 то же, блока индикации.

Устройство содержит (фиг.1) объект 1, закрепленный на объекте отражатель 2, источник излучения 3, объектив 4, кольцевой мультискан 5, согласующий усилитель 6, первый и второй компараторы 7, 8, блок 9 поиска, рабочего участка характеристики мультискана, блок 10 управления, блок 11 коммутации, аналогово-цифровой преобразователь 12, блок 13 индикации и ключ 14.

Оптический канал устройства включает оптически сопряженные источник излучения 3, отражатель 2, объектив 4 и светочувствительную поверхность кольцевого мультискана 5. Сигнальный выход кольцевого мультискана 5 подключен через согласующий усилитель 6 к входам первого и второго компараторов 7, 8 и аналого-цифрового преобразователя 12. Входы питания кольцевого мультискана 5 соединены с выходами блока 11 коммутации. Выходы первого и второго компараторов 7, 8 подключены к первому и второму входам блока 9 поиска и блока 10 управления. Выход блока 9 поиска соединен с третьим входом блока 10 управления, а выход последнего с входом блока 11 коммутации и вторым входом блока 13 индикации, первый вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 12. Третий вход блока 9 поиска соединен с ключом 14.

Устройство работает следующим образом. Закрепленный на объекте 1 отражатель 2 с нанесенным на него изображением в виде сегментов различной отражающей плотности освещается источником излучения 3.

Изображение отражателя 2 проецируется с помощью объектива 4 на светочувствительную поверхность кольцевого мультискана 5. На два смежных входа питания кольцевого мультискана 5 подается постоянное напряжение +E₁ и -E₂ с выхода блока 11 коммутации. Напряжение на сигнальном выходе кольцевого мультискана 5 при этом соответствует положению энергетического центра светового пятна на освещенном сегменте кольцевого мультискана 5 (Берковская К.Ф. Кириллова Н. В. Подласкин Б.Г. и др. Многоэлементный фотоприемник мультискан. ЖТФ, 1983, вып.10, N 53, с.2015 2023).

Предположим, что изображение отражателя 2 занимает положение, показанное на фиг.2, и на входы питания кольцевого мультискана 5 поданы напряжения: +E₁ на вход (c), -E₂ на вход (d). Тогда центр яркостного пятна будет расположен в центре освещенной светочувствительной части кольцевого мультискана 5. Соответственно напряжение на сигнально выходе кольцевого мультискана 5 будет пропорционально углу α между осью ОХ, принятой за начало отсчета, и радиус-вектором OA, проходящим через точку К, находящейся в середине дуги MNK. Причем вектор OA перпендикулярен линии M1-N1, делящей изображение отражателя 2 на сегменты различной отражающей плотности. Таким образом угловое положение отражателя 2, связанного с объектом 1, характеризуется напряжением на сигнальном выходе кольцевого мультискана 5.

Однако напряжение на сигнальном выходе кольцевого мультискана 5 зависит не только от угла a но и от того, на какие входы питания кольцевого мультискана 5 подано напряжение. Кривые напряжения на сигнальном выходе кольцевого мультискана 5 в функции угла a поворота отражателя 2 приведены на фиг.3. Кривая U_ab(α) соответствует подаче напряжения +E₁ на вход (a), -E₂ на вход (b). Кривая U_bc(α) подаче напряжения +E₁ на вход (b), -E₂ на вход (c). Кривая U_cd(α) подключению напряжения +E₁ на вход (c), -E₂ на вход (d). И кривая U_da(α) подключения напряжения +E₁ на вход (d), а -E₂ на вход (a). При этом угол α отсчитывается, как показано на фиг.2.

Для достижения высокой точности измерений угла поворота объекта в устройстве используются линейные возрастающие участки характеристики U(α) Например, в диапазоне изменения угла -45° < α < +45° используется характеристика U_cd(α). Линейные участки характеристик ограничены сверху и снизу значениями напряжений U_cp1 и U_cp2 соответственно.

На начальном этапе работы устройства производится поиск рабочего участка характеристики кольцевого мультискана 5.

Процесс поиска начинается после замыкания ключа 14. При этом блок 9 поиска переключается в режим поиска.

Процесс поиска осуществляется по следующему алгоритму.

Пусть блок 11 коммутации в начале процесса поиска подает напряжение +E₁ на вход питание (a), а напряжение -E₂ на вход питания (b). Напряжение на сигнальном выходе кольцевого мультискана 5 характеризуется кривой U_ab(α) Это напряжение поступает через согласующий усилитель 6 на входы первого и второго компараторов 7, 8.

Если напряжение на входе первого компаратора 7 превышает напряжение сравнения U_cp1, то на его выходе формируется сигнал логической 1 (x₁=1), в противном случае сигнал 0 (x₁=0) (лог.1 и лог.0).

Второй компаратор формирует сигнал логической 1 (x₂=1), если сигнал на его входе меньше -U_ср2, и сигнал лог. 0 (x₂=0) в противном случае. Значения сигналов x₁, x₂ для различных уровней напряжений на сигнальном выходе мультискана 5 показаны на фиг.3.

С выходов компараторов 7, 8 логические сигналы поступают на входы блока 9 поиска. Блок 9 поиска вырабатывает сигналы, поступающие на третий и четвертый входы блока 10 управления. Блок 10 управления формирует сигналы, поступающие на блок 11 коммутации, и последний осуществляет последовательное переключение напряжений питания +E₁, -E₂ на пары смежных входов питания кольцевого мультискана 5 (переключение происходит в направлении против хода часовой стрелки).

Если на n-ом шаге поиска на входе блока 9 поиска возникает комбинация логических сигналов x₁=0, x₂=0, то производится дополнительный (n+1)-ый поисковый шаг. И если на (n+1)-ом шаге значение x₂=1, то поиск прекращается, и происходит возврат на n-ый шаг, т.е. напряжения питания +E₁, -E₂ подаются на те входы питания кольцевого мультискана 5, которые были подключены на n-ом шаге. Если же x₂=0, то поиск продолжается по тому же алгоритму.

Предположим, что при пуске устройства отражатель 2 занимает положение, показанное на фиг.2, угол разворота объекта -45° < α < 45° а напряжение на сигнальном выходе кольцевого мультискана 5 при этом описывается кривой U_ab(α) В зависимости от конкретного значения угла α в диапазоне его изменения от -45^o до +45^o логические сигналы на выходе первого и второго компараторов 7 и 8 могут принимать следующие значения: x₁=0, x₂=1; х₁=0, x₂=0; x₁= 1, x₂=0.

Пусть при пуске устройства выполняется x₁=0, x₂=1 (или x₁=1, x₂=0). В соответствии с описанным алгоритмом производится следующий шаг: блок 11 коммутации переключает напряжения питания +E₁ и -E₂ на входы питания (b)-(c) соответственно. Кольцевой мультискан переходит на характеристику U_bc(α) и сигналы на выхода- компараторов 7, 8 примут значения x₁=1, x₂=0. Так как условие x₁= 0, x₂=0 не выполняется, поиск продолжается: блок 11 коммутации переключает напряжения +E₁, -E₂ на входы (c)-(d) питания кольцевого мультискана 5 соответственно. Кольцевой мультискан 5 переходит на характеристику U_cd(α) При этом значения логических сигналов будут: x₁=0, x₂=0. Блок 9 поиска выдает через блок 10 управления сигнал на блок 11 коммутации и производится следующее переключение. В результате напряжения +E₁, -E₂ подаются на входы питания (d)-(a) кольцевого мультискана 5 соответственно. Напряжение на сигнальном выходе кольцевого мультискана 5 описывается кривой U_da(α) и сигнал на выходе второго компаратора x₂=0. Это является признаком окончания поиска на выходе блока 9 поиска формируются сигналы, которые поступают через блок 10 управления на блок 11 коммутации и приводят к переключения напряжений +E₁, -E₂ на входы питания (c)-(d) мультискана 5. На этом процесс поиска заканчивается, и устройство далее работает в режиме измерений на характеристике U_cd(α) Если при пуске устройства выполняется x₁=0, x₂=0, то в соответствии с описанным алгоритмом блок 9 поиска выдает через блок 10 управления сигнал на блок 11 коммутации и производится следующее переключение, соответствующее дополнительному шагу. В результате напряжения +E₁, -E₂ подаются на входы питания (b)-(c) кольцевого мультискана 5 соответственно. Напряжение на сигнальном выходе кольцевого мультискана 5 описывается кривой U_bc(α) Так как сигнал на выходе второго компаратора x₂=0, то поиск продолжается, как описано выше.

В связи с тем, что в процессе работы устройства происходит переключение входов питания кольцевого мультискана 5 и используются различные участки его характеристик, измеряемое значение угла определяется следующим образом. Напряжение с сигнального выхода кольцевого мультискана 5, зависящее от угла поворота отражателя 2, связанного с объектом 1, преобразуется в аналогово-цифровым преобразователем 12 в код N_c и поступает на блок 13 индикации. Кроме того, на блок 13 индикации со второго выхода блока 10 управления поступает код N_см, соответствующий используемой характеристике кольцевого мультискана 5. При этом индицируемое значение угла поворота объекта определяется кодом N_и N_см + N_с, В частности, в случае, когда напряжения питания +E₁, -E₂ поданы соответственно на входы питания (c)-(d) кольцевого мультискана и он работает на характеристике U_cd(α) код N_см=0.

Если используется характеристика U_da(α) то N_см соответствует 90^o; при работе на характеристике U_ab(α) N_см соответствует 180^o; и при работе на характеристике U_bc(α) 270^o.

При работе устройства в режиме измерений переключение напряжений на входах питания кольцевого мультискана 5 и изменение значения кода N_см происходит при достижении пороговых значений угла α что контролируется по величине напряжения на сигнальном выходе кольцевого мультискана 5.

Если, например, при работе в режиме измерений угол a возрастает, то при достижении им значения 45^o, на выходе первого компаратора 7 сигнал изменяет значение с уровня лог. 0 до уровня лог.1. При этом блок 10 управления выдает на блок 11 коммутации сигнал на переключение напряжения на входы питания (d)-(c) кольцевого мультискана 5, и происходит переход на характеристику U_da(α) Одновременно с переключением входов питания кольцевого мультискана 5 на втором выходе блока 10 управления формируется код смещения N_см, соответствующий 90^o. Благодаря этому на выходе блока 13 индикации индицируется измеряемое значение угла поворота объекта с учетом используемой характеристики кольцевого мультискана 5.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает непрерывное измерение угла поворота объекта в пределах от 0 до 360^o.

Предлагаемое устройство обеспечивает инвариантность результатов измерений при смещении оси поворота объекта относительно центра светочувствительной поверхности кольцевого мультискана 5. Это утверждение можно пояснить следующими рассуждениями. Предположим (фиг.4) в исходном положении ось поворота отражателя 2, связанного с объектом 1, совпадает с центром 0 светочувствительной поверхности кольцевого мультискана 5. Угол α поворота объекта 1 при этом характеризуется радиус-вектором ОА, проходящим через середину сегмента MKN кольцевого мультискана 5. Предположим произошло смещение оси вращения объекта 1 и связанного с ним отражателя 2 вдоль оси ОХ в точку OI. Очевидно, что в этом случае, несмотря на изменение длины освещенного сегмента светочувствительной поверхности кольцевого мультискана 5 (M1KN1), его середина останется в той же точке K. Следовательно, направление радиус-вектора OA и измеренное значение угла a останутся неизменными.

Рассмотрим случай смещения оси поворота объекта 1 в направлении оси OY (фиг. 5). В исходном положении ось поворота объекта 1 и отражателя 2 совпадает с центром светочувствительной поверхности кольцевого мультискана 5. Угол a поворота объекта 1 характеризуется радиус-вектором OA. Предположим, что происходит смещение оси поворота объекта в точку OI. Очевидно, что при этом освещенный сегмент MKN светочувствительной поверхности кольцевого мультискана 5 остается неизменным, а, следовательно, неизменным остается положение радиус-вектора OA и измеренное значение угла альфа Поскольку произвольное смещение оси поворота объекта 1 относительно центра светочувствительной поверхности кольцевого мультискана 5 можно разложить на две ортогональные составляющие, а каждая из них, как показано выше, не влияет на результат измерения угла поворота объекта 1 с помощью предлагаемого устройства, то можно утверждать, что заявляемое устройство обеспечивает инвариантность результатов измерений к указанному возмущению.

Кроме того, предлагаемое устройство нечувствительно к вариациям светового потока излучателя 3. Действительно, вариации светового потока приводят лишь к изменению облученности светочувствительной поверхности кольцевого мультискана 5. Положение энергетического центра яркостного пятна на освещенном сегменте светочувствительной поверхности кольцевого мультискана 5 при этом остается неизменным. Следовательно, при использовании заявляемого устройства обеспечивается инвариантность результатов измерений к изменению освещенности отражателя 2.

Таким образом заявляемое устройство обеспечивает высокую точность измерений угла разворота объекта в диапазоне изменения угла от 0 до 360^o.

Пример конкретной реализации блоков поиска 9, управления 10 и коммутации 11 заявляемого устройства поясняет фиг. 6. Блок поиска включает первую и вторую логические схемы (ЛС) ИЛИ-НЕ 15 и 16, ЛС И 17, ждущий мультивибратор 18, генератор тактовых импульсов (ГТИ) 19, первый и второй JK-триггеры 20 и 21. Блок управления 10 включает ЛС НЕ 22, ЛС И ИЛИ-НЕ 23, ЛС И-НЕ 24 и реверсивный двоичный счетчик (РДС) 25. Блок коммутации включает первый, второй, третий и четвертый аналоговые коммутаторы (АК) 26, 27, 28 и 29.

Выход первого компаратора 7 (фиг.1) соединен с первыми входами первой ЛС ИЛИ-НЕ 15 и ЛС И-ИЛИ-НЕ 23. Выход второго компаратора 8 (фиг.1) соединен со вторыми входами первой ЛС ИЛИ-НЕ 15, второй ЛС ИЛИ-НЕ 16, ЛС И 17, ЛС И-НЕ 24 и через ЛС НЕ 22 с третьим входом ЛС И-ИЛИ-НЕ 23. Ключ 14 (фиг.1) через ждущий мультивибратор 18 соединен со входами R("Сброс") первого 20 и второго 21 JK-триггеров. Выходы первой ЛС 15 ИЛИ-НЕ и второй ЛС 16 ИЛИ-НЕ соединены соответственно с входами J и K первого JK-триггера 20, прямой выход которого соединен с первыми входами ЛС И 17 и ЛС И-НЕ 24, а инверсный выход которого соединен с шестым входом ЛС И-ИЛИ-НЕ 23. Выход ЛС И 17 соединен со входом J второго JK-триггера 21, вход K которого соединен с общей точкой схемы, прямой выход которого соединен с первым входом второй ЛС ИЛИ-НЕ 16, а инверсный выход которого соединен с четвертым входом ЛС И-ИЛИ-НЕ 23. Выход ГТИ 19 соединен с входами С первого и второго JK-триггеров 20 и 21, а также с вторым пятым и седьмым входами ЛС И-ИЛИ-НЕ 23 и третьим входом ЛС И 24. Выход ЛС И-ИЛИ-НЕ 23 соединен с входом "+" (суммирующий вход), выход ЛС И-НЕ 24 с "-" (вычитающий вход) РДС 25. Первый (младший разряд) и второй (старший разряд) выходы последнего соединены соответственно с пятыми и шестыми управляющими входами первого, второго, третьего и четвертого АК 26, 27, 28, 29. Постоянное напряжение +E₁ подается на первый, второй, третий и четвертый, а -E₂ на четвертый, первый, второй и третий сигнальные входы соответственно первого, второго, третьего и четвертого AK 26, 27, 28 и 29, выходы которых соединены соответственно с входами (a), (b), (c) и (d) кольцевого мультискана 5 (фиг.1).

ГТИ 19 формирует импульсы, длительность которых больше максимальной задержки первого JK-триггера 20 или второго JK-триггера 21 или РДС. Период этих импульсов больше задержек в "кольце" кольцевой мультискан 5, согласующий усилитель 6, первый 7 и второй 8 компараторы, блок поиска 9, блок управления 10 и блок коммутации 11 (фиг.1).

Изменение состояния JK-триггера по входам J и K может осуществляться срезом импульса, подаваемого на вход С. При этом для изменения состояния из лог. 0 в лог.1 на вход J необходимо подавать лог.1, а на вход K H для изменения из лог.1 в лог.0 соответственно H и лог.1, а для сохранения состояния из лог.0 в лог.0 соответственно лог.0 и H и из лог.1 в лог.1 соответственно H и лог.0 (здесь через H обозначен неопределенный сигнал лог.0 или лог.1). Выходные уровни указаны для прямого выхода триггера.

Состояние первого и второго JK-триггеров 20 и 21 определяют режим работы устройства. Режиму поиска соответствует состояние 00, режиму пробного шага - 10, а режиму измерения 11. (Первая цифра соответствует состоянию первого триггера 20, а вторая второго триггера 21).

В режим поиска из любых других режимов устройство переводится кратковременным замыканием ключа 14. В этом случае ждущий мультивибратор 18 формирует импульс, подаваемый на вход R первого и второго JK-триггеров 20 и 21.

Переключение в другие режимы осуществляется срезом импульса, формируемого ГТИ 19 и подаваемого на сходы С первого и второго JK-триггеров 20 и 21, при определенных сигналах на входах J и K этих триггеров, которые формируются первой и второй ЛС ИЛИ-НЕ 15 и 16 и ЛС И 17.

Для переключения из режима поиска в режим пробного шага необходимо подать сигналы x₁=0 и x₂=0. В этом случае на входы J и K первого JK-триггера 20 будут подаваться сигналы лог. 1, на такие же входы второго JK-триггера 21 лог. 0 и по очередному срезу импульса ГТИ 19 состояние этих триггеров изменится из 00 в 10.

Для обратного переключения из режима пробного шага в режим поиска достаточно подать сигнал x₂=0. В этом случае на вход K первого JK-триггера 20 будет подаваться сигнал лог.1, на входы J и K второго JK-триггера 21 лог.0 и по очередному срезу импульса ГТИ 19 состояние этих триггеров изменится из 10 в 00.

Для переключения из режима пробного шага в режим измерения достаточно подать сигнал x₂= 1. В этом случае на вход K первого JK-триггера 20 будет подаваться сигнал лог.0, на входы J и K второго JK-триггера 21 - соответственно лог. 1 и 0 и по очередному срезу импульса ГТИ 19 состояние этих триггеров изменится из 10 в 11.

Переключение из режима измерения в другие режимы с помощью сигналов x₁, x₂ и импульса ГТИ 19 невозможно. Покажем это. Сигнал на входе K второго JK-триггера постоянно равен лог. 0 и, следовательно, переключение его из состояния 1 в состояние 0 срезом импульса ГТИ 19 невозможно. Сигнал лог.1 на прямом выходе второго JK-триггера приведет к появлению сигнала лог.0 на выходе второй ЛС ИЛИ-НЕ 16 и на входе K первого JK-триггера 20, что также делает невозможным переключение этого триггера из состояния 1 в состояние 0.

Режим работы РДС 25 (суммирование, вычитание или хранение) определяется сигналами на его входа "+" и "-".

Содержимое РДС 25 увеличивается на единицу при формировании фронта импульса на его входе "+" и лог.1 на "-". Как видно из фиг.6, фронт импульса на входе "+" формируется ЛС И-ИЛИ-НЕ 23 срезом импульса ГТИ 19 при выполнении одного из условий: x₁=1; x₂=0 и Q₂=0; Q₁=0 (где Q₁ и Q₂ сигналы на выходе соответственно первого и второго JK-триггеров 20 и 21). Уровень лог.1 на входе "-" формируется ЛС И-НЕ 24 при выполнении одного из условий Q₁=0 или [₂0.

Содержимое РДС 25 уменьшается на единицу при формировании фронта импульса на его входе "-" и лог.1 на "+". Как видно из фиг.6, фронт импульса на входе "-" формируется ЛС И-НЕ 24 срезом импульса ГТИ 19 при выполнении условия Q₁= 1, x₂=1. Уровень лог.1 на входе "+" формируется ЛС И-ИЛИ-НЕ 23 при одновременном выполнении условий: x₁0; x₂1 или Q₂=1; Q₁1.

Режим хранения РДС 25 будет обеспечен при неизменяющихся сигнала на его входа "+" и "-". Это оказывается возможным при выполнении условий: x₁=0; х₂= 1 или Q₂=1; Q₁=1; Q₁=0 или x₂0.

С помощью первого, второго, третьего и четвертого АК 26, 27, 28 и 29 в зависимости от выходного кода РДС 25 производится подключение напряжений +Е₁ и -Е₂ к входам (a), (b), (c) и (d) кольцевого мультискана (5) (фиг.1). При коде 00 напряжение +Е₁ подается на вход (a), напряжение -Е₂ на вход (b) кольцевого мультискана и последний переключается на характеристику U_ab(α) При коде 01 напряжение +Е₁ подается на вход (b), напряжение -Е₂ на вход (c) кольцевого мультискана и последний переключается на характеристику U_bc(α) При коде 10 напряжение +E₁ подается на вход (c), напряжение -E₂ на вход (d) кольцевого мультискана и последний переключается на характеристику U_cd(α) При коде 11 напряжение +E₁ подается на вход (d), напряжение -E₂ на вход (a) кольцевого мультискана и последний переключается на характеристику U_da(α) Устройство на фиг.6 работает следующим образом.

Предположим, что отражатель 2 (фиг.1) занимает положение, показанное на фиг. 2 (уголь разворота объекта -45° < α < 45° ), а выходной код РДС 25 11. Тогда напряжение на сигнальном выходе кольцевого мультискана определяется характеристикой U_da(α) После замыкания ключа 18 первый и второй JK-триггеры 20 и 21 устанавливаются в состояние 0 и 0, а все устройство переходит в режим поиска, который производится за несколько тактов. Интервал между тактами определяется периодом импульсов ГТИ 19.

В первом такте сигналы x₁=0, x₂=1 (см. фиг.3), Q₁=0, Q₂0, а выходной код РДС 25 равен 11. Согласно описанным выше условиям переключения первого и второго JK-триггеров 20 и 21 а также РДС 25 при формировании среза импульса ГТИ 19 состояние триггеров не изменится, а выходной код РДС 25 увеличится на единицу и станет равным 00. При этом устройство останется в режиме поиска, а кольцевой мультискан переключится на характеристику U_ab(α) Во втором такте в зависимости от угла α сигналы x₁ и x₂ могут принимать значения: x₁=1, x₂=0; x₁=0, x₂=0; x₁=0, x₂=1 (фиг.3). При этом Q₁=0, Q₂=0, а выходной код РДС 25 равен 00.

Пусть x₁=0 а x₂=1. Тогда работа схемы фиг.6 будет протекать так же, как и в первом такте. При этом состояние РДС станет равным 01, устройство останется в режиме поиска, а кольцевой мультискан переключится на характеристику U_bc(α) В третьем такте сигналы x₁=1, x₂=0 (фиг.3), Q₁=0, Q₂=0, а выходной код РДС 25 равен 01. согласно описанным выше условиям переключения первого и второго JK-триггеров 20 и 21, а также РДС 25 при формировании среза импульса ГТИ 19 состояние триггеров не изменится, а выходной код РДС 25 увеличится на единицу и станет равным 10. При этом устройство останется в режиме поиска, а кольцевой мультискан переключится на характеристику U_cd(α) В четвертом такте сигналы x₁=0, x₂=0 (фиг.3), Q₁=0, Q₂=0, а выходной код РДС 25 равен 10. Тогда при формировании среза импульса ГТИ 19 согласно описанным выше условиям переключения состояние первого JK-триггера 20 изменится и станет равным 1, состояние второго JK-триггера 21 не изменится, а выходной код РДС 25 увеличится на единицу и станет равным 11. При этом устройство перейдет в режим пробного шага, а кольцевой мультискан переключится на характеристику В пятом такте сигналы x₁=0, x₂=1 (фиг.3), Q₁=1, Q₂=0, а выходной код РДС 25 равен 11. Тогда при формировании среза импульса ГТИ 19 согласно описанным выше условиям переключения состояния первого JK-триггера 20 не изменится, состояние второго JK-триггера 21 изменится и станет равным 1, а выходной код РДС 25 уменьшится на единицу и станет равным 10. При этом устройство перейдет в режим измерения угла, а кольцевой мультискан переключится на характеристику U_cd(α)
Пусть во втором такте x₁=1 а x₂=0. Тогда при формировании среза импульса ГТИ 19 согласно описанным выше условиям переключения состояние первого и второго JK-триггеров 20 и 21 не изменится, а выходной код РДС 25 увеличится на единицу и станет равным 01. При этом устройство останется в режиме поиска, а кольцевой мультискан переключится на характеристику U_bc(α) и в дальнейшем работа будет протекать, как описано выше, начиная с третьего такта.

Пусть во втором такте x₁=0 а x₂0. Тогда при формировании среза импульса ГТИ 19 согласно описанным выше условиям переключения состояние первого JK-триггера 20 изменится и станет равным 1, состояние второго JK-триггера 21 не изменится, а выходной код РДС 25 увеличится на единицу и станет равным 01. При этом устройство перейдет в режим пробного шага, а кольцевой мультискан переключится на характеристику U_bc(α)
В следующем такте сигналы x₁=1, x₂=0 (фиг.3), Q₁=1, Q₂=0, а выходной код РДС 25 равен 01. Тогда при формировании среза импульса ГТИ 19 согласно описанным выше условиям переключения состояние первого JK-триггера 20 изменится и станет равным 0, состояние второго JK-триггера 21 не изменится, а выходной код РДС 25 увеличится на единицу и станет равным 10. При этом устройство вернется в режим поиска, а кольцевой мультискан переключится на характеристику U_cd(α) и в дальнейшем работа схемы будет протекать так же, как описано выше, начиная с четвертого такта.

В режиме измерения угла сигналы x₁ и x₂ в зависимости от угла α могут принимать значения: x₁=0, x₂=0; x₁=1, x₂=0; x₁=0, x₂=1 (фиг.3). При этом Q₁= 1, Q₂=1, а выходной код РДС 25 равен 10.

Пусть x₁=0, x₂=0 (угол разворота объекта -45° < α < 45° ). Тогда условия переключения первого и второго JK-триггеров 20 и 21 а также РДС 25 не выполняются. Поэтому устройство останется в режиме измерения угла по характеристике U_cd(α)
Пусть x₁=1, x₂=0 (угол разворота объекта 45° < α < 135° ). Тогда условия переключения первого и второго JK-триггеров 20 и 21 не будут выполняться, а РДС 25 увеличит свое содержимое на единицу. При этом устройство останется в режиме измерения, а кольцевой мультискан переключится на характеристику U_da(α) и т.д.

Пусть x₁=0, x₂=1 (угол разворота объекта -90° < α < -45° ). Тогда условия переключения первого и второго JK-триггеров 20 и 21 не будут выполняться, а РДС 25 уменьшит свое содержимое на единицу. При этом устройство останется в режиме измерения, а кольцевой мультискан переключится на характеристику U_bc(α) и т.д.

Алгоритм работы устройства на фиг.4 не изменится, если в исходном состоянии объект 1 будет находиться в другом положении, а РДС в другом состоянии. При этом может изменится количество тактов поиска.

Пример конкретной реализации блока 13 индикации приведен на фиг.7.

Блок индикации 13 содержит сумматор 30, дешифратор 31 и элементы индикации 32. Первый и второй входы сумматора 30 соединены с аналогичными входами РДС 23 (фиг.6), а с третьего по девятый входы сумматора 30 с выходами аналого-цифрового преобразователя 12 (фиг.1). Выходы сумматора 30 соединены с входами дешифратора 31, а выходы последнего с входами элементов индикации 32.

Блок индикации работает следующим образом. Сумматор 30 формирует сумму выходного кодов аналого-цифрового преобразователя 13 и РДС 25. Выходной код сумматора пропорционален углу поворота объекта 1 (фиг.1) в диапазоне изменения угла от 0 до 360^o. Дешифратор 31 преобразует выходной код сумматора 30 в код управления элементами индикации.

Формула изобретения

Устройство для измерения угла поворота объекта, содержащее оптически связанные источник излучения, отражатель с изменяющимся коэффициентом отражения, связанный с объектом, объектив и первичный преобразователь светового потока, схему обработки сигналов и блок индикации, отличающееся тем, что первичный преобразователь выполнен в виде кольцевого мультискана, схема обработки сигналов выполнена в виде последовательно соединенных согласующего усилителя, аналого-цифрового преобразователя, первого и второго компараторов, блока поиска рабочего участка характеристики кольцевого мультискана, блока управления, блока коммутации и ключа, сигнальный выход кольцевого мультискана через согласующий усилитель соединен с входами первого и второго компараторов, выходы компараторов соединены с первыми и вторыми входами блока поиска и блока управления, третий вход блока поиска соединен с ключом, выход блока поиска подключен к третьему входу блока управления, выход блока управления соединен с вторым входом блока индикации и входом блока коммутации, выходы блока коммутации соединены с входами питания кольцевого мультискана, а отражатель выполнен в виде диска с нанесенными на него изображениями сегментов, при этом сегменты участка на диске выполнены с различными коэффициентами отражения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7