Преобразователь перемещение — код

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ ВКДЕТЕЛЬСТВУ

409258

Сьвз Сьветских

Сьциалистичвских, Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

М. Кл. G 08с 9/00

Заявлено 12.Ч11.1971 (№ 1680619/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано ЗО.XI.1973. Бюллетень № 48

Дата опубликования описания 16.IV.1974

ГссударствекиыИ камитет

Сасвта Икнистраа СССР сс делам изааретений и аткрвткй

УДК 681.325(088.8) Авторы изобретения

В. Н. Волнянский, В. Н. Володин и Л. Н. Сафонов

Заявитель

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИŠ— КОД

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в фазовых следящих системах и преобразователях угловых и линейных положений и перемещений в цифровой код, Известны преобразователи перемещепие— код, состоящие из высокочастотного генератора, делителя частоты, преобразователя прямоугольных колебаний в синусоидальные, фазовращателя, формирователей фазовых импульсов и счетчика.

Однако в таких преобразователях сложно обеспечить строгую синусоидальность формы кривой питающего фазовращатель напряжения. Так, для 12 — 13-разрядного преобразователя относительная величина высших гармоник в кривой напряжения на выходе фазовращателя не должна быть более 0,01 — 0,005О/о.

Кроме того, для ряда точных многополюсных датчиков-фазовращателей, таких, например, как индуктосин, частота питания для получения достаточного по величине выходного сигнала должна быть порядка 10 — 20 кгц.

Для обеспечения разрешающей способности

12 — 13 разрядов на период повторения информации датчика частота следогання заполняющих временной интервал импульсоз должна составлять 40 — 160 мггц. Выполнение такого преобразователя связано с большими трудностями.

Цель изобретения — повышение точности работы преобразователя перемещение — код.

Это достигается тем, что в преобразователь введены гетеродин и преобразователи часто5 ты. При этом вход гетеродина подключен к выходу генератора импульсов, выход — к первым входам преобразователей частоты, а выход делителя частоты — к второму входу первого преобразователя частоты и через фа10 зовращатель к второму входу второго преобразователя частоты. Выходы преобразователей частоты через формирователи импульсов соединены соответственно с первым и вторым входами преобразователя временной интер15 вал — код, а третий вход последнего — с выходом генератора импульсов.

На чертеже показана структурная схема предлагаемого преобразователя.

Преобразователь состоит из генератора 1

20 импульсов; гетеродина 2, содержащего делитель 3 частоты с коэффициентом деления К1 и преобразователь 4 прямоугольных колебаний в синусоидальный сигнал; делителя 5 частоты, содержащего делитель 6 частоты. с ко25 эффициентом деления К и преобразователь 7 прямоугольных колебаний в синусоидальный сигнал; фазовращателя 8; преобразователей 9 и 10 частоты, содержащих соответственно смесители 11 и 12 частоты, амплитудные детек30 торы 13 и 14 и фильтры 15 и 16 низкой часто409258

3 ты; формирователей 17 и 18 фазовых импульсов и преобразователя 19 временной интервал — код.

Работает преобразователь следующим образом, Генератор 1 импульсов вырабатывает последовательность импульсов частоты f. На выходе делителя 3 частота колебаний составляет

«f f —, на выходе делителя 6 Частота 10

К! К нусоидальных колебаний на выходе гетеродина 2 — — на выходе делителя 5 — —. Напряf f

К, К жение с выхода делителя 5 частоты поступает на вход фазовращателя 8. Напряжение на выходе фазовращателя имеет фазовый сдвиг по отношению к напряжению на входе, пропорциональный повороту (или линейному перемещению) подвижной части фазовращателя по отношению к неподвижной. Напряжение с фазовращателя подается на смеситель 11, одновременно на смеситель проходит напряжение с гетеродина 2 частоте — . На смеситель

К!

12 поступает напряжение с выхода гетеродина и на пряжение с выхода делителя 5 частоты. На выходах смесителей возникает сигнал, f состоящий из суммы колебаний частоты — и

К!

f зо частоты —. После амплитудных детекторов

Ка

13 и 14 суммарные сигналы представляют собой сумму некоторого постоянного напряжения и переменных напряжений разных частот, 2/ 2/ 35 в том числе напряжения частот —, —, и наК, К б1 11 пряжение разностной частоты f — — — ) .

К! Ка

Если К! и К достаточно большие числа— порядКа нескольких десятков или сотен — 4О и отличаются на небольшую величину, то ча2f 2f стоты и — резко отличается от разностК! Ка

К2 Kl ной частоты f и их легко отфильтро- 45

К,— К, вать фильтрами 15 и 16. При этом колебания разностной частоты на выходах фильтров имеют тот же фазовый сдвиг, что и напряжения частоты соответственно на выходе и

К2 входе фазовращателя. Из полученных колебаний разностных частот формирователи 17 и 18 фазовых импульсов формируют фазовые импульсы, временной интервал между которыми пропорционален относительному перемещению 55 подвижной и неподвижной частей фазовращателя. Этот временной интервал с помощью преобразователя 19 преобразовывается в код.

Вид кода определяется в каждом конкретном случае особо. 60

При преобразовании фазового сдвига между колебан иями частоты — на входе и выf

Ка ходе фазовращателя 8 в фазовый сдвиг разностной частоты на выходе амплитудных де- 65 где а — некоторая малая величина, 2!! f а з

К! а напряжение на выходе фазовращателя

U, (sin u!,t + b, sin 2аф, (2) где Ь вЂ” также малая величина, а

2 4 а

К

Пусть для простоты у амплитудных детекторов квадратичная передаточная характеристика. Тогда напряжение на выходе амплитудного детектора 13

U,„, = U, (з1п а,t + а, sin 2а,t + К sin а,t +

+ КЬ, sin а,t)*, (3) где Uu — численно равно И!, а через К обозUð начено отношение

U, Возведем выражение в скобке в квадрат и выделим колебания всех полученных частот, расположив их в порядке малости. Примем, что К соизмеримо с «1», а а и b имеют первый порядок малости. Получим

V =V+ { — (!+K +а +К*ф +

+ К сов(а, — а ) t — К cos (а, + а ) /—

1 К вЂ” — cosa) t — — cos2u) Л+

2 2

+ 1а, cos а,t + КЧ, cos u>,t +

+ Kb, cos (2u>, — а,) t + Ка, cos (2а, — а,) t— а, cos За, t — Ка, cos (2u>, + а,) t +

+ — I — а cos 4u>,t — К b + cos 4а,t +

+ Ка,b, cos 2 (а, — u>,) /в — Ka,b,cos 2(и, + и,) ijj .

Группа 1 представляет собой постоянную составляющую, от которой легко освободиться. Группа II слагаемых содержит рабочую гармонику (подчеркнуто одной чертой) и соизмеримые с ней по амплитуде гармоники частот (uj+Q)g, 20)j и 2а . Однако эти гармоники имеют много большую частоту, чем рабочая частота ujj — а . Так, если, например, в! ——

=20500 гц, à со =20000 гц, то кратность частот относительно разностной частоты составляет около 80 и их относительно легко от текторов 13 и 14 имеет место явление, которое и определяет принципиальное преимущество предлагаемого преобразователя.

Рассмотрим это явление. ,Пусть напряжение на выходе гетеродина имеет вид

U, (sin а,/+ а, sin 2а,t), (1) 409258

Предмет изобретения

Составитель М. Черенкова

Техред 3. Тараненко корректор А. Царькова

Редактор И. Грузова

Заказ 858,7 Изд. Хо 1116 Тираж 602 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 5Ê-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 фильтровать фильтром низкой частоты, причем в зоне 500 гц у фазочастотной характеристики такого фильтра может быть очень малый наклон, что важно для стабильности работы преобразователя.

Группа III содержит слагаемые первого порядка малости, причем их частота, как минимум больше рабочей частоты в (или о 1 — соа раз. Их фильтрация, учитывая маО 1 — г лость их амплитуды и большую кратность частоты по сравнению с рабочей, также затруднений не представляет. Группа IV имеет слагаемые второго порядка малости. Среди них наиболее опасна составляющая с частотой 2 (а — озз) (подчеркнута двойной чертой). Эта частота близка к рабочей и ее фильтровать трудно. Однако, если даже аз-4 0,01, т. е. несинусоидальные искажения преобразователей 4 и 7 составляют 1%, то эта составляющая не превышает 0,01% от амплитуды напряжен ия рабочей частоты и фильтровать ее нет необходимости.

Преобразователь перемещение — код, содержащий генератор импульсов, подключенный к делителю частоты, фазовращатель, формирователи фазовых импульсов и преобразователь временной интервал — код, о тл и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности работы устройства, в него введены гетеродин и преобразователи частоты, при этом вход гетерод ина подключен к выходу генератора импульсов, а выход — к первым входам преобразователей частоты, выход делителя частоты соединен с вторым входом первого

15 преобразователя частоты и через фазовращатель с вторым входом второго преобразователя частоты, выходы преобразователей частоты через формирователи импульсов подключены соответственно к первому и второму вхо20 дам преобразователя временной интервал— код, третий вход которого подключен к выходу генератора импульсов.