Устройство для определения угла

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения углового положения вала или иного элемента исполнительного устройства. Предлагаемое устройство содержит датчик угла с тремя фазовыми выходами, например сельсин, соединенными с входами синхронного демодулятора. Три перемножителя обеспечивают перемножение сигналов на выходах синхронного демодулятора с выходными сигналами трехфазного генератора опорных напряжений. Сумма произведений, получаемых на выходе сумматора, преобразуется в сигнал, удобный для индикации, и отображается на индикаторе. Устройство позволяет получить на входе преобразователя напряжение с фазой, линейно зависящей от угла поворота датчика. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для определения углового положения вала или иного элемента исполнительного механизма.

Известно устройство для определения угла, содержащее датчик угла, демодулятор и индикатор (см. патент США N 546665).

Это устройство обладает, однако, невысокой точностью и необходимостью иметь многофазную систему подачи опорных напряжений.

Наиболее близким к настоящему изобретению, прототипом его, является преобразователь угла поворота вала в напряжение по авт. св. N 1247647 A1 от 30.07.86, G 01 В 7/30, содержащий датчик угла с тремя фазовыми выходами, соединенными с входами синхронного демодулятора.

Недостатком устройства-прототипа является невысокая точность, обусловленная наличием элементов - источников нелинейных искажений.

Задачей изобретения является улучшение метрологических характеристик устройства-прототипа.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в повышении точности определения угла за счет прямого преобразования системы трех нелинейно зависящих от него напряжений на выходах демодулятора в одно переменное с фазой, зависящей от угла поворота датчика линейно. При этом нелинейность такого преобразования по сравнению с нелинейностью характеристик самих датчиков угла типа сельсина, синусно-косинусного вращающегося трансформатора, индуктосина и т.д. может быть сделана пренебрежимо малой даже в схеме на радиоэлементах широкого применения.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство-прототип введены три перемножителя, трехфазный генератор опорных напряжений, сумматор, преобразователь фазы переменного напряжения в сигнал, удобный для индикации, и индикатор, причем первые входы перемножителей подключены к выходам демодулятора, вторые - к выходам трехфазного генератора опорных напряжений, а выходы - к входам сумматора, выход которого через преобразователь фазы подключен к входу индикатора.

Изобретение поясним по представленной на чертеже блок-схемы предложенного устройства для определения угла, где обозначено: 1 - датчик угла с тремя фазовыми выходами "а", "в", "с", например сельсин; 2 - синхронный демодулятор, входы которого подключены к выходам датчика 1; 3 - трехфазный генератор опорных напряжении; 4, 5, 6 - перемножители, входы каждого из которых подключены попарно к выходам "а", "в", "с" блоков 2 и 3, а выходы - к входам сумматора 7; 8 - преобразователь фазы переменного напряжения в сигнал, удобный для индикации, например в напряжение постоянного тока; 9 - индикатор углового положения датчика 1, например вольтметр со шкалой, проградуированной в градусах. Выход сумматора 7 подключен к входу преобразователя 8, а выход последнего - к входу индикатора 9.

Устройство работает следующим образом.

Зависимость напряжений на фазовых выходах "а", "в", "с" датчика 1 от углового (в градусах) положения α этого датчика и несущей частоты ω питающего его напряжения U_п имеет вид U_1a= K₁U_пSinωtSinα, U_1b= K₁U_пSinωtSin(α+120°), U_1c= K₁U_пSinωtSin(α-120°), где K₁ - коэффициент пропорциональности, t - время.

Напряжения на выходах "а", "в", "с" демодулятора 2 имеют вид U_2a= U_дSinα, U_2b= U_дSin(α+120°), U_2c= U_дSin(α-120°), где U_д - амплитудное значение напряжений U_2a, U_2B, U_2c.

Напряжения на выходах "а", "в", "с" генератора 3 имеют вид U_3a= U₀Cosωt,
U_3b= U₀Cos(ωt+2π/3),
U_3c= U₀Cos(ωt-2π/3),
где U_o - амплитудное значение напряжений U_3a, U_3B, U_3c
Напряжения на выходах перемножителей 4, 5, 6 имеют вид:
U₄= U_2aU_3a= U_дU₀SinαCosωt,
U₅= U_2bU_3b= U_дU₀Sin(α+120°)Cos(ωt+2π/3),
U₆= U_2cU_3c= U_дU₀Sin(α-120°)Cos(ωt-2π/3),
На выходе сумматора 7 имеем напряжение
U₇= U₄+U₅+U₆= 3/2U_дU₀Sin(πα/180°-ωt),
принимающее периодически нулевое значение с переходом знака (полярности) с "минуса" в "плюс" в момент времени, кратные значению T = 2πα/180°ω.
В преобразователе 8 осуществляется сравнение указанных моментов перехода через "нуль" напряжения U₇ с моментами такого же перехода через "нуль" опорного напряжения
U_ОП= Sin(πα₀/180°-ωt),
где α₀ - значение угла α, принимаемое за начало отсчета.

Результатом сравнения моментов перехода через "нуль" напряжений U₇ и U_оп может быть, например, последовательность импульсов напряжения постоянной амплитуды длительностью в

После фильтрации (подавления) переменной составляющей на выходе преобразователя 8 получим тогда напряжение постоянного тока, линейно зависящее от углового положения датчика 1:
U₈= K₂(α-α₀), 0≅(α-α₀)<360°,
где K₂ - соответствующий коэффициент пропорциональности.

Формула изобретения

Устройство для определения угла, содержащее датчик угла с тремя фазовыми выходами, соединенными с входами синхронного демодулятора, отличающееся тем, что введены три перемножителя, трехфазный генератор опорных напряжений, сумматор, преобразователь фазы переменного напряжения в сигнал, удобный для индикации, и индикатор, причем первые входы перемножителей подключены к выходам демодулятора, вторые - к выходам трехфазного генератора опорных напряжений, а выходы - к входам сумматора, выход которого через преобразователь фазы подключен к входу индикатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1