Датчик угла поворота вала

 

О П И С А Н И Е 395У96

ИЗОБРЕТЕЙИЯ

Союз Совегскик

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 16.111.1971 (№ 1631968!18-24) М, Кл. О 02f /00

G 08с 9/06 с присоединением заявки №

Государственный камнтет

Совета Министров СССР

llo делам нзобретеннй и открытий

Приоритет

Опубликовано 28Х1!1.1973. Бюллетень ¹ 35

Дата опубликования описания 24.XII.1973 с, ДК 681.9.083,8 (088.8) Лвторы изобретения

Р. H. Макаревич, Р. И. Волков, В. П, Кудинов, Э. E. Гопп, Г. А. Горлачев, М. А. Антонов и М. А. Пакканен

Заявитель

ДАТЧИК УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА

Изобретение относится к автоматике.

Датчик служит для прецизионного измерения угла поворота вала с выдачей сигнала в цифровой форме и предназначен для работы в оптико-механических приборах и точных станках.

Известны датчики угла поворота вала, в которых для введения несущей частоты, облегчающей обработку сигнала и повышающей точность отсчета угла, используется модуляция светового потока при помощи механических модуляторов. Модуляция осуществляется центрально-радиальной штриховой маской, приводимой в движение электродвигателем.

Однако применение электродвигателя ограничивает точность отсчета угла.

Известны также датчики угла поворота вала, в которы.; в качестве механизма модулятора используется кольцевой камертон с укрепленной на нем модулирующей маской.

Однако у этих датчиков нслпнейныс участки, ооусловленпые синусоидальностью колебаний модулирующей маски, снижают точность датчика при преобразовании выходных сигналов.

Целью изобретения является увеличение точности работы датчика.

Для этого в датчике введены коммутатор, логическая схема и блок обработки сигнала, а измерительная маска содержит дополнительно одну нли несколько дорожек с равными прозрачными и непрозрачными штрихамп, причем входы логической схемы и входы коммутатора соединены с фотоприемниками, и выход логической схемы через коммутатор подключен к блоку обработки сигнала.

Изобретение гояснено чертежа ми.

10 На фиг. 1 приведен" схема датчика; на фиг. 2 — маски модулятора.

Датчик угла поворота вала содержит измерительный вал 1 (фиг. 1), с которым связана штриховая измерительная маска . Модули15 рующая маска 1 укреплена и» кольцевом камертоне 4, приводимом в действие системой возбуждения 5. Измерительная мàcêa 2 представляет собой стеклянный диск, на который нанесены несколько растровых доро20 жек (фпг. 2) с равными прозра иными н непрозрачными штрнхамп, причем штрихи на дорожках сдвинуты относительно друг друга на величину, равную Т 2п, где Т вЂ” — шаг штрихов, и — количество растровых дорожек.

25 Модулпрующая маска 8 представляет собой стеклянный диск, на который нанесена растровая дорожка с радиальными узкими прозрачными штрихами, причем шаг модулцрующей маски совпадает с шагом пзмери30 тельной.

М57М

Количество штрихов масок определяет оптическую редукцию системы и может достигать нескольких сот и даже тысяч.

Световой поток от источников б света через свстопровод 7 и маски 2 и 8 попадает па кольцевые фотоприемники 8, число которых равно числу растровых дорожек измерительной маски 2. Электрические сигналы с фотоприемников 8 через коммутатор 9, управляемый логической схемой 10, поступают в блок

11 обработки сигнала.

Датчик работает следующим образом.

Кольцевой камертон 4 приводится в действие системой возбуждения 5. Прп этом модулпрующая маска 8, укрепленная на камертоне 4, начнет колебаться. Размах колебаний камертона выбирают несколько больше половины шага растра для того, чтобы модуляция пе прекращалась ни на одной дорожке при л|обом повороте измерительной маски.

Прп колебаниях модулирующей маски сс штрихи будут двигаться относительно штрихов измерительной маски (фиг. 2), и на фотоприемниках 8 будут появляться светов ыс импульсы.

Длительность световых импульсов будет изменяться в зависимости от угла поворота вала, причем эта зависимость из-за синусоидальности колебаний камертона будет нелинейной (арксинусной) . Для малых значений аргумента арксинус можно представить самим аргументом. Так например, при использовании четырех дорожек максимальное значение аргумента можно принять равным

0,4 рад, ошибка аппроксимации в этом случае не превысит Зо|о, что позволит получить шесть двоичных разрядов. Преобразование длительности импульса в двоичный код может производиться любым известным способом, например подсчетом числа заполняющих импульсов.

Для сохранения линейности преобразования во всем диапазоне углов от О до T рядом с первой дорожкой на измерительной маске располагают вторую, у которой штрихи lto отношению к первой дорожке сдвинуты па величину, равную или несколько мецьшу|О линейной зоны. Теперь при увеличении угла свыше допустимого для первой дорожки необходимо перейти на вторую дорожку, для которой линейная зона только начинается.

Если диапазон углов в пределах шага штрихов измерительной маски (от О до T) не перекрывается л|п|ейными зонами двух доро>t

При этом количество дорожек определяется числом линейных зон, укладывающихся на половине шага штрихов измерительной ма-ки и=Т)2 b, где b — величина линейной зоны.

Выразив отсюда величину линейной зоны

b, получим о=Т12 и.

Прп переходе с первой дорожки на вторую

40 и последующие доро>кки следует учитывать их сдвиг относительно первой доро>кки и добавлять этот сдвиг к показаниям датчика.

Удобнее всего сделать этот сдвиг равным цене деления старшего разряда и прп переходе с дорожки на дорожку добавлять единицу в старший разряд датчика.

Линейные зоны дорожек измерительной маски перекрывают весь диапазон измеряемых углов в пределах шага маски.

При изменении угла от О до Т необходимо последовательно переходить с нулевой зоны на первую, с первой на вторую и т. д., причем при каждом переходе следует добавлять единицу к старшим разрядам отсчета. Практически можно считать, что старшие разряды представляют собой номер линейной зоны, в которой осуществляется в данный момент измерение длительности сигнала.

Ça ta IB . tot Hческой схемы 33 tt I to ta CTctt

Определении рабочей до|>ожки, т. е. дорожки, в которой изменение длительности происходит линейно от угла поворота, и подключепНН выходного сигнала с фотоприемника выбранной дорожки к системс измерения длитсльности сигнала, которая пропорциональна углу поворота. При определении рабочей доро>кки определяется одновременно и номер рабочей линейной зоны, а следовательно, старшис разряды отсчета, младшие же разряды выдаются системой измерения длительности сигнала.

Определение номера рабочей л|шейной зоны наиболее удобно производить в крайнем положении модулирующего штриха, т. е. когда он отклонен па полную амплитуду от среднего поло>кения. При этом комбинация импульсов, снимаемых одновременно со всех дорожек, однозначно определяет номер рабочей линейной зоны.

Предмет изобрете ия

Датчик угла поворота вала, содержащий измерительную маску, выполнеш|ую в виде стеклянного диска с нанесенной па нем дорожкой с равными прозрачными и непрозрачными штрихами, укрепленную на валу, модулирующую маску, выполненную в виде стеклянного диска с радиальными узкими прозрачными штрихами, укрепленную на кольцсвом камертоне, источники света, установленные перед масками, и кольцевые фотоприемники, расположенныс за масками, отличаюи|ийся тем, что, с целью увеличения точности работы датчика, в него введены коммутатор, логическая схема и блок обработки сигнала, а измерительная маска содержит дополнительно одну или несколько дорожек с равными прозрачными и пепрозрачнымп штрихами, причем входы логической схемы и входы коммутатора соединены с фотоприемниками, а выход логической схемы через коммутатор подключен к блоку обработки сигнала. фиг

Составитель Л. Лысенко

Текред T. Курилко Корректоры: Е. Давыдкина и В. Петрова

Редактор А. Зиньковский

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 34301 1б Изд. № 955 Тираж 551 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР ио делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4 5