Преобразователь угла поворота вала в код

 

(;)682932

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свпд-ву (22) Заявлено 15.06.77 (21) 2496931!18-24 (51) М. Кл.-"

G 08С 9, 04 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет (23) Приоритет

Опубликовано 30,08.79. Бюллетень ¹ 32

Дата опубликования описания 30.08.79 (53) УД1 681.34 (088.8) по делам изобретений н открытий (72) Авторы изобретения

Р. А. Балакин, А. Н. Зушинский и И. С. Ковчин (71) Заявитель

Ордена Ленина арктический и антарктический научно-исследовательский институт (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД

Изобретение относится к системам автоматического преобразования неэлектрических величин в электрический сигнал, а именно к преобразователям угловых перемещений в дискретный сигнал.

Известны преобразователи угла поворота вала в код, содер кащие сельсин, к выходным обмоткам которого через трансформаторы подключены фазочувствительные выпрямители, выходы KQTophlx через сумматор подключены к триггеру, соединенному с выходным преобразователем длительности импульса в код (1).

Недостаток известных устройств состоит в их сравнительно низкой надежности.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор переменного тока, подключенный к обмотке возбуждения сельсина, к выходным обмоткам которого подсоединены первые входы фазочувствительных выпрямителей, вторыс входы которых соединены с опорным выходом генератора переменного тока, нормирующпй выход которого соединен через фазосдвигающую цепь с первыми входами компараторов, выходы компараторов соединены соответственно со входами формирователей сигнала, выходы которых через элемент И подключсны к входу триггера, выход которого соединен с блоком преобразования длительности импульса в код (2).

Недостаток этого преобразователя заключается в невозможности осреднения во времени углового положения сельсина— датчика, последнее обусловлено тем, что в преобразователе колебания преобразуемого угла в предела. некоторой зоны, включаю10 щей границу двух смежных квадрантов, приводят к грубым погрешностям при осреднении как в аналоговой, так и в цифровой форме.

Цель изобретения — повышение точности

15 преобразователя угла поворота вала в код, в котором возможно осреднение во времени преобразуемого угла путем аналогового интегрирования и исключение при этом неоднозначности преобразования при переходе

20 нулевой точки шкалы.

Поставленная цель достигается за счет того, что в преобразователь введены два интегратора, входы KOTOpbIx соединены с выходами соответствующих фазочувстви25 тельных выпрямителей, а выходы — со вторыми и входа ми ком пар аторов.

На чертеже приведена блок-схема преобразователя угла поворота вала в код.

Преобразователь содержит генератор 1

30 переменного тока, подключенный к нему

682932

l5

25 сельсин 2, фазочувствительныс выпрямители 3 и 4, интеграторы 5 и 6, компараторы 7 и 8. Компараторы представляют собой операционные усилители с двумя входами. На один вход компараторов подключены выходы интеграторов 5 и 6, а на другой — огводы от фазосдвигающей цепи 9, которая питается от генератора 1. Выходы компараторов через формирователи сигналов 10 н 11 объединены на входе элемента И 12.

Выход элемента И 12 управляет триггером 13, который по сигналу запуска на выходе формирует результирующую длительность импульса, пропорциональную преобразуемому углу в пределах от 0 до 360 с осреднснисм величины угла в установлен»о:«»Irlrcpaaле времени. Длительность импульса, сформированного триггером, преобразуется затем в цифровой код с помощью блока 14 преобразования длительности импульса в код, представляющего собой счетчик тактовых импульсов с ключевой схемой на входе. Цифровой код может считываться в параллельной плп последовательной форме с выходов 15.

Фоточувствительный выпрямитель 3, интсгратор 5, компаратор 7 и формирователь 10 образуют один канал преобразования выходных напряжений сельсина 2 в длительность импульса, а фазочувствительный выпрямитель 4, интегратор 6, компаратор 8 и формирователь сигнала 11— другой канал.

Принцип действия устройства заключается в след ющем.

Выходные напряжения сельсина 2 с двух

cro выходов представляют собой напряже:!IIc переменного тока, амплитуда которых зависит от угла поворота сельсипа по закону синуса. При Ilcpcходс амплитуды 13I>Iкодных сигналов чсрез нулсвос значс ис фаза персмспшого тока с IHcTOTorl генератора 1 II IclISIcTcH II3 180 . В сельсипс 2 с тремя обмотками фаза огибающей выходных сигналов по отношению к углу поворота сдвинута на 120 . После выпрямления сигналов фазочувствительными выпрямителями 3 и 4 на их выходе формируется напряжение постоянного тока, уровень которого при поворотс сельсина 2 изменяется по закону синуса. Фазовая чувствительность выпрямителей проявляется в том, что при изменении фазы несущей частоты на

180 полярность выпрямленного сигнала меняет знак. Фаза огибающей выпрямленных напряжений относительно угла разворота составляет также 120 . Выпрямленные напряжения по двум каналам поступают на интеграторы 5 и 6, в которых происходит осреднение уровня напряжений во времени при колебаниях угла сельсина.

Поскольку выходные напряжения сельсина 2 при колебаниях угла плавно меняются (по закону синуса) и не испытывают скачзо

;0 !

65 ков, рсзультат интегрирования Ie содержит ошибки неоднозначности.

Далее проинтегрированные напряжения поступают на входы компараторов 7 и 8, на вторые входы которых подается сигнал переменного тока с фазосдвигающей цепи 9. Амплитуда этого сигнала, одинаковая по двум каналам, равняется уровню максимально возможного сигнала постоянного тока, а фаза одного канала сдвинута на

120 относительно фазы другого.

При подаче на. входы компаратора 7 или

8 синусоидального сигнала и сигнала постоянного тока на его выходе возникают перепады напряжений с крутым фронтом, соответствующие моментам, когда мгновенное значение синусоиды равняется постоянному уровню. 3а каждый период несущей частоты генератора 1 таких перепадов возникает два в моменты, когда синусоида пересекает уровень в одном направлении, а затем в обратном, при этом перепады имеют разную полярность. При этом длительность интервала времени между нулевой фазой синусоиды и одним из двух скачков уровня на выходе компаратора 7 или 8 пропорциональна углу поворота сельсина 2, поскольку оба сравниваемых сигнала изменяются по закону синуса, но в одном аргументом является угол, а в другом— время.

Из равенства синусов следует равенство пх аргументов, но имеет место неоднозначность в пределах +- 180, поскольку синус — функция периодическая. Для устранения неоднозначности служит второй канал преобразования. Поскольку огибающая второго канала сдвинута по углу на 120, то для совпадения фронтов импульса по обеим каналам требуется, чтобы синусоида, подаваемая на вход второго компаратоpl, была сдвинута по временной шкале на

120, что и выполняет фазосдвигающая цепь 9. Совпадение фронтов импульса по двум каналам позволяет из двух возможных значений искомого интервала выбрать правильное, исключив многозначность.

Момент совпадения фронтов выявляется элементом И. Формирователи сигналов 10 и 11 служат для расширения длительности перепадов на величину, исключающую возможность несовпадения фронтов из-за технологического разброса элементов, а, кроме того, формируют для элемента И сигнал требуемой полярности независимо от знака перепада на выходе компараторов.

От сигнала с выхода элемента И срабатывает триггер 13, который перед измерением сбрасывается в нуль по входу R импульсом запуска. Сигнал запуска синхронизировап с начальной фазой синусоиды на фазовращателе, поэтому длительность опрокинутого состояния триггера 13

682932

Формула изобретения

Составитель И. Назаркнна

Текред H. Строганова

1 едактор P. Кислова

Корректор Л. Орлова

Заказ 267-1/7 Изд. ¹ 554 Тираж 727

НПО < Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подli iic HOc и открытий

Типография, пр. Сапунова, 2 от момента запуска пропорциональна величине преобразуемого угла.

Одновременно с запуском триггера 13 открывается вход блока 14 преобразования длительности импульса в код, который начинает считать количество тактовых импульсов, постоянно подаваемых на его вход. С обратным опрокидыванием триггера 13 счет прекращается, а количество сосчитанных импульсов оказывается пропор- 1О циональным длительности преобразуемого импульса. Если частота тактовых импульсов в Зб0 раз превышает частоту питающего генератора 1, то отсчет цифрового кода на выходе преобразователя дает значение угла поворота сельсина, выраженного в градусах.

Экономический эффект от использования предложенного преобразователя обусловлен указанными выше его техническими 20 преимуществами.

Преобразователь угла поворота вала в 25 код, содержащий генератор переменного тока, подключенный к обмотке возбуждения сельсина, к выходным обмоткам которого подключены первые входы фазочувствительных выпрямителей, вторые входы которых соединены с опорным выходом генератора переменного тока, нормирующий выход которого соединен через фазосдвигающую цепь с первыми входами компаратороп, выходы компараторов соединены соответственно со входами формирователей сигнала, выходы которых через элемент И годключсны к входу триггера, выход которого соединен с блоком преобразования длительности импульса в код, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены два интегратора, входы которых соединены с выходами соответствующих фазочувствительных выпрямителей, а выходы — со вторыми входами компараторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Свечарник Д. В. Дистанционные передачи, 1974, с. 193 — 207.

2. Патент Англии № 1329968, кл. G08 С

9 04, 19б1 (прототи!1).