Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код

Авторы патента:

G08C9/06 - Системы для передачи измеряемых переменных величин, управляющих или подобных сигналов (пневмогидравлические передающие системы F15B; чувствительные элементы для определенных физических переменных см. в соответствующих подклассах, например классов G01,H01; индикаторные или регистрирующие устройства см. в соответствующих подклассах, например G01D,G09F; механические средства для преобразования выходного сигнала чувствительного элемента в различные переменные величины G01D 5/00; мостовые схемы с автоматической балансировкой G01R; управление положением вообще G05D 3/00; механические системы управления G05G; системы для передачи только сигналов "включено-выключено", системы для передачи сигналов тревоги G08B;

. 651390

С5103 Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 28.06.76 (21) 2378806/18-24! (51) М. Кл .

G 08 С 9/06 с присоединением заявки № (23) П но кт т

Гаеударствеах а «аметет

СССР аа делам нзебратеае я аткрмтаа р р е

Оп блнковаио05.03.79.Бюллетень Юе 9 (53) УДК 681.325 (088.8) Дата опубликования описания08,03,79

В. А. Баранов, М. Г. Скворпов и Н. А. Зайнашев (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано в качестве высокоточного угломерного устройства с цифровым выходом. .

Иэьестна Отсчетная система дли . угломерных инСтрументов, содержа шая круговой лттмб, отттическую систему, подьижную измерительную шкалу. Этой системой при выполнении рада методических указаний производится отсчет угла по диаметрально противо. положяым сторонам лимба (с учетом отпибок изб эксцентриситета круго .вого лимба).

Известен Трехотсчетный датчик угла", содержащий осветитель, светочувствительные элементы, а также радиально-центральный растр, нанесенный

- йа роторе и радиально-нецентральный растр «на статоре (точный отсчет).

Кроме того, на с гаторе и роторе размещены печатные обмотки двухполюс ного и многополтосяого поворотных

2 трансформаторов (промежуточный и гру» бый отсчеты) (1). .Недостатком таких преобразователей авляетса неаьтономность: отсчета, а также высойан динамическая псиретниость

Ъреобразованиа, обусловленная биением подшипников ротора, эксцентриситетом ротора и статора при эксплуатации, что вызывает паразитиую амплитудиув

МОДУЛЯПИЮ И аДДИТИВНУто СсстаВЛИЮПтутО т0 . выходного cin íàëà.

Иэ известных фотоэлектрических преобразователей наиболее бююяэким по технической сущности к заявляемому ивлиетсн фотоэлектрический преобразователь. угла поворота вала в код, содержащий излучатели, измерительный диск» соединенный с входным валом генератор развертки, выход которого соединен с делительйой щиной сканио тора и через формирователь счетных импульсов со счетным входом счетчика; коллектор сканистора соединен с формирователем строб-импульсов, выход которого соединен с управляющим входом счетчика (2j.

Недостатком этого преобразователя является высокая динамическая погрешность преобразования перемещений (линейных, угловых) светового пучка в код, обусловленная его чувствительностью к любым взаимным изменениям положения обьекта и сканистора, являк щаяся неустранимой при отсчете перемещения одного светового пучка вдоль сканистора со строб-импульсом в начале светочувствительного слоя. Главный вклад в динамическую погрешность известного устройства, используемого в качестве датчика углового перемещения ., вала, вносят погрешности, обусловленные биением подшипников вала и эксцентриситетом вращающегося растрового диска (т. е. поперечные перемеп ения вала), что значительно снижает точность цреобразовани я.

Белью предлагаемого преобразователя является повышение точности.

Указанная цель достигается тем, что в фотоэлектрическом преобразователе растр измерительного диска выполнен в виде отрезков касательных к окруж ности входного вала, а сканистор расположен центрально симме грично относительно изображения диаметрально противоположных штрихов растра.

На фиг. 1 представлена функциональная схема фотоэлектрического преобра зователя угла поворота вала в код; на фиг. 2 - вид растрового диска и сканиотора „ на фиг. 3 - временйая диаграм- ма напряжений.

Фотоэлектрический преобразователь содержит излучатели 1, вал 2, на котором закреплен измерительный .диск 3 с растром, выполненным в виде отрезков касательных 4 к окружности входного вала, сканистор 5 со светочувствительной полоской 6. Электронная схема обработки сигналов сканистора включает генератор развертки 7, форми- рователь 8 счетных импульсов, нагрузочный резистор 9, формирователь стробимпульсов 10 и счетчик 11. Позициями

20 и 21 обозначены соответственно целительная шина и коллектор сканнстэра 5.

Формирователь счетных импульсов

8 может быть выполнен, например, в виде соединенных последовательно дифференпируюшей цепочки 12, однополюсного детектора 13 и усилителя-ограничителя 14. Формирователь строб-импульсов

10 может быть выполнен, например, в виде последовательно соединенных дифференцирующей цепочки 15, однопоЗ люсного детектора 16, амплитудного селектора 17, усилител -ограничителя

18 и триггера 19. Функция этого формирователя - формирование строб-импуль са, разрешающего работу счетчика. AMплитудный селектор 17 введен в формиро ватель строб-импульсов 10 с целью устранения ложных импульсов малой амплитуды. Триггер 19 работает в режиме общего счетного запуска. Счетчик импульсов 11 запускается передним фронтом, а останавливается задним фронтом строб-импульса (см. диаграмму фиг. 3). В качестве импульса установки нуля счетчика может быть использован импульс отрицательной полярности, образовавшийся в результате дифференцирования заднего фронта линейно-ступен. чатого развертывающего напряжения (см. диаграмму 0, фиг. 3). Этот же импульс отрицательной полярности может быть использован для установки триггера

19. в исходное состояние для обеспечения однозначности измерения угла. Счетчик импульсов 11 может быть осуществлен различными известными способами,например, последовательный счетчик импульсов (см., например, отраслевой стандарт.

Микросхемы интегральные полупроводниковые серии 133. ОСТ. бКО, 340.

35 ,004., 1972,стр. 92, черт. 51). На микросхемах 1ЛР331, на управляющий вход ("упр. П. ") которого подается стробимгульс, а на счетный вход (Вход "Сч"

-Г ) вЂ” счетные импульсы.

Работа преобразователя пояснена приведенными на фиг. 3 временными диаграммами напряжений в указанных точках схемы. Свет от излучателей

1 направляется к диаметрально противоположным штрихам измерительного диска

3. В результате прохождения световых потоков через измерительный диск изображения штрихов проектируются на сканистор 5 и пересекают светочувствительную полоску 6 сканистора 5. При этом на выходе формирователя 10 о6разуется строб--импульс, который подается на управляющий вход счетчика импулт

55 сов 11. На счетный вход счетчика 11 с выхода формирователя счетных импульсов 8 подаются импульсы, образующиеся в результате дифференцирования линейно-ступенчатого разверты вающе65139 го напряжения генератора 7, Счетчик

11, подсчитывая за каждый период развертки сканистора число импульсов

1 Х1 1 х > 1 хП фиксирует изменения расстояйия между световь - 3 ми штрихами на светочувствительном элементе 6 сканистора, пропорционален ные угловому перемещению вала 2.

Поскольку возникающие в процессе

1О работы преобразователя биения подшипников вала и эксцентриситет измеритеюп ного диска создают линейно-параллель ное перемещение двух штрихов относительно светочувствительйого элемента сканистора, а мерой угла является

И расстояние между двумя штрихами, сохраняющееся при таком перемещении постоянным, на результат отсчета угла эти биения не влияют. фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код, содержаццй излучатели, измерительный диск, сое диненный с входным ВзлОм, генератор развертки, выход которого соединен с делительной шиной сканистора и через формирователь счетных импульсов со счетным входом счетчика, коллектор сканистора соединен с формирователем строб-импульсов, выход которого соединен с управляющим входом счетчика, отличающийся тем, что, с

25 целью повышения точности преобразователя, в нем растр измерительного диска выполнен в виде отрезков касательных к окружности входного вала, 1 а сканистор расположен центрально симметрично относительно изс бражения диаметрально противоположных штрихов растра.

Источники информации, принятые во внимание пири экспертизе1. Авторское свидетельство СССР

% 249661, кл. О Î1 С 1/06, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

М 377841, кл. G 08 С 9/ОО, 1973.

Использование сочетания растра, выцолненного в виде отрезков касательных к окружности входного вала, и сканистора для определения углового положения вала по растоянию между двумя проектируемыми на чувствительный элемент сканистора изображениями диамев рзльно противоположных штрихов растра выгодно отличает предлагаемый фотоэлектрический преобразователь от известных, так как динамическая погрешность, обусловленная биением подйипников ротора и ,эксцентрисит@тем измерительного диска устройства, которые являются непостоянными и возрастают при его продол жительной эксплуатации, в заявленном устройстве устраняется, в результате о 6 чего повышается точность преобразования, Предлагаемый фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код может найти применение в высокоточных измерителях углов с большим сроком службы. формула изобретения

Составитель И. Назаркина

Редактор С. Равва Текред Л. Алферова Корректор А Bnacesao

Заказ 811/48 Тираж 709 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений i открытий

113035. Москва, Ж35, Payurczaafaa6., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектнаи, 4