Магнитный преобразователь угла поворота вала в код

 

Союз Советсиик

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пи771697 (б1) Дополнительное к авт. сеид-ву—

ЯЗ) Заявлено 28 ° 08. 78 (21) 2661550/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 1516 80 Бюллетень ¹ 38

Дата опубликования описания 171080 (5 К„з

G 08 С 9/04

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 681.325 (088.8) (72) Автор. изобретения

Л. К. Сафронов

8 QADI

Ф51Д 3f I " " (71) Заявитель. (54) МАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА

BAJIA В КОД

Изобретение относится к области автоматики, телемеханики и вычислительной техники и может найти применение прн построении цифровых следящих систем, систем программного уп- 5 равления, автоматизации производственных процессов.

Известен преобразователь .угла в код, содержащий кольцевую кодовую шкалу, блок чувствительных элемен- 1О тов, входное, синхроиизирующее и выходное устройство.

Недостатками известного преобразователя являются отсутствие возможности определения направления вращения и большая область сканирования при двоичном алфавите, что приводит к низкой точности и малому быстродействию преобразователя.

Наиболее близким техническим ре- 20 шением является магнитный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий кодовый. диск, на котором нанесены синхродорожка и дорожки кольцевого кода с тремя урсзвнями состоя- 25 ний, потокочувствительные магнитные головки, генератор развертки и генератор синхроимпульсов.

Недостатком известного магнитного преобразователя является малое быст- 30 родействие и низкая точность из-за необходимости сканирования большой области кодового диска.

Целью изобретения является повышение быстродействия и точности магнитного преобразователя угла поворота вала в код.

Поставленная цель достигается за счет того, что в магнитный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий магнитный элемент, на первой дорожке которого нанесены метки синхроимпульсов, а на второй дорожкепрямой кольцевой код, магнитную головку, блок управления, соединенный через блок сканирования по стрелке с магнитной головкой, соединенной с одним из входов блока синхронизации и блоком проверки кольцевого кода и формирования истинного кода, введен блок сканирования по столбцу, вход которого соединен с выходом блока синхронизации, а первый выход соединен с другим входом блока синхронизации, а другой выход — с магнитной головкой, на третьей дорожке магнитного элемента нанесен дополнительный код.

На фиг. 1 показана структура магнитного углового преобразователя с

771697 двухкоорди нат ной универсаль ной сканирующей потокочувствительной магнитной головкой, на фиг. 2 — устройство кодового диска с кольцевой шкалой в прямом и обратном коде, на фиг. 3 расположение символов частного кольцевого кода длиной L, равной 2"-1

Ъ

5 — 1 и 11 — 1, на фиг; 4 - область сканирования головки для различных .частных кольцевых кодов с многозначным алфавитом, на фиг. 5 — нозможная конструкция магнитного преобразователя угла поворота вала в код с двухкоординатным сканированием и многозначными элементами кодовой шкалы.

Обозначения, принятые в описании изобретения: вход 1 магнитного преобразователя угла поворота вала в код, на который поступает сигНал об изменении угла, блок 2 управления, блок 3 сканирования по строке (координате Х), магнитная головка 4, блок 5 синхронизации, блок б,сканирования по столбцу (координата Ч ), магнитный элемент 7(диск), рабочий слой 8 магнитного носителя с.множеством устойчивых состояний, блок 9 проверки кольцевого кода и формирования истинного кода дорожек 10 с витками синхроимпульсов, дорожка 11 с прямым кольцевым кодом, дорожка 12 с обратным кольцевым кодом, усилители-формирователи 13 и 14 сигнала магнитной (интегральной) головки, дорожки 15-19, образующие многоустойчивый магнитный носитель.

Магнитный угловой преобразователь работает следующим образом.

При поступлении сигнала запроса об измерении угла на вход 1 преобразователя, в блок управления 2, коммутатор 3 строки формирует сигнал, вы" зывающий сканирование головки 4 по координате Х, вдоль которой на диске

7 записаны символы кольцевого кода и синхросигналы (методом без возвра- щения к нулю). В момент смены знака намагниченности на синхродорожке 10 блок 5 синхронизации формирует. синхроимпульс, запускающий блок 6 сканирования столбца, осуществляющий сканирование по координате 7 . Го-. ловка.4 столько раз просканирует по столбцам, сколько раз блок 5 синхронизации сформирует синхроимпульс, как это показано ходом стрелки на фиг. 1. С головки 4 сигналы прямого и дополнительного кодов поступают на блок проверки кольцевого кода и формирователя истинного кода угла.

На фиг., 2 показано расположение синхрометок (дорожка 10) и символов кольцевого кода (дорожки 11 и 12), формируемых с помощью сдвигового ре гистра, трехчлен обратной связи которого описывается выражением ь„(ь) = х". х" +g ()

О) где h - длина кода.

55 где сне и к - параметры трехчлена

S„(х), приведенного в выражении (1)

i q+ m -1, O+) — знак суммирования по

4О

Символы кольцевой шкалы н прямом коде à, à ...à .. ° а записаны по дорожке 11, а символы н обратном коде а„, а2...а „...а аписаны по дорожке

12, при этом они образуются по алгоритму у (2) где P — основание кода, а максималь-. ный номер m равен L, которая называется длиной кольца и равна

Р"- g

Символ с любым номером на кодовой шкале занимает участок, равный K a синхроимпульс располагается посередине участка (кванта}.

На фиг. 3 приведены значения симнолов кольцевого кода с основаниями

2,5 и 11 при длине кода 7, 3 и 2 ° Очевидно, что эти шкалы характеризуются одинаковым количеством измерительной информации Я, получаемой с выхода преобразователя

О. = fgl, ит. (3) Преобразователи с одинаковым Q имеют одинаковую точность, но достиЬа. ется эта точность разными аппаратными средствами (затратами) . Пусть равно 2,1. Для двоичного алфавита тогда длина кода равна 7, для пятиричного — 3, а для одиннадцатиричного2, т.е. по мере увеличения многозначности алфавита уменьшается область элементарного сканирования. Под элементарным сканиронанием понимается наименьшая область перемещения чувствительности элемента, однозначно указывающая угол поворота вала. Эта область равна длине кода и т.е, текущий угол поворота вала Рщ равен (4) .,„-ц„, шр ...

EcJIH Н =2с то Р = О дС1 р т,е, для одиннадцатиричного алфавита нужно сосчитать всего два соседних символа.

Практически область сканирования вдвое больше ll так как при воспроизведении кода возникают искажения информации и для корректирования символов проверяются контрольные равенства нида (5) (p-Ы )a. (g (p-ца„,„„(PI o„.=Î, modp, q — коэффициент кратности, принимакщий значения от 1 до и.

Пусть шкала расположена в положении, когда первым начинает считываться символ a> ° Тогда таблица контрольных равенств для Я, равного 2, 1 примет вид

771697

Длина кода

8а ®1 Оафа =0

8аЛф1 Oa>Q+a> =0

За Ю4а Ща, =0

3аэО+4 азу)ат =0

3аф "аЛ®а =0 аВ )аea, = 0 аф) афа = 0 а„® а Э а =0

@а49аЛ =0 а,ga„cap =0 а,ф)а,фа =0 а )9а„® а = 0

Из таблицы видно, что длина кода д() однозначно определяет число контрольных равенств. При удвоении Q(преобразователь становится прецизионный)удвоится число и конТрольных равенств, составив соответственно 14, б и 4. Та- 5 ким образом, преимущества многоэначного алфавита несомненны,а реализация, например,пятиричных элементов не представляет затруднений. Практически р равно 5ф11.

Одновременно увеличивается быстродействие преобразователя. Путь, проходимый сканистором при считывании 2п — разрядного кода, равен

OX= 2ï, (б)

35 и при подстановке численных значе- ний и и 5.(5+10-мкм) в выражение (6) получим, что ь изменяется от 40 мкм для ра11 до 280 мкм для р =2 и Q-=

-"4,2 дит. 40

Ясно, что при ограниченной скорости сканистора меньший путь будет проходиться и эа меньшее время. В прецизионном преобразователе технически проще реализоват перемещения на десятки, чем на сотни микрометров ° При этом в целом улучшаются динамические характеристики устройства.

Подсчет контрольных сумм по алгоритму (5), т.е. суммирование символов по строке 12 и 13 (после инвертирования) значительно увеличивает надежность преобразователя. Еще более высокая. достоверность съема кода достигается суммированием символов 55 по столбцу, так как согласно выражению (2) имеем

- а 9 Э1=О.

Пересечение строки и столбца однозначно определяет ложный символ. В 60 качестве "1" в выражении (7) можно считать синхроймпульс, так как после его формирования начинается съем символов а,„ и а„, rn-столбца. Ис-. пользование сканирующей головки для. 65 съема информации по двум координатам повышает экономичность преобразователя, уменьшает количество оборудования в тракте воспроизведения и упрощает канал связи.

:.На фиг. 5 приведен один иэ возможных вариантов преобразователя с интегральной сканирующей магнитной головкой, намагничивающей носитель в перпендикулярном направлении. Алфавит выбран 11-ричный, количество информации 2,1 БИТ. Многоустойчивость рабочего слоя носителя можно обеспечить разными способами. На фиг. 5 дорожка 11 имеет пять узких дорожек

15, 16, 17, 18 и 19 с переменным значением намагниченности в зависимости от значения символа О . Если О п =0 то дорожки 15-;19 размагничены, при

Опр4 дорожки 15 †: 17 размагничены, а 18, 19 намагничены и т.д. согласно фиг. 5.

Двухкоординатная сканирующая головка в интегральном исполнении состоит из магнитной головки 4(один на дорожке), блока сканирования по строке 3 и столбцу 6, блока синхронизации 5 и усилителей сигналов 13 и 14. Перемещение по координате Х на расстояние д)(согласно. выражению (6) достигается тем, что элементы закреплены на блоке сканирования по строке 3 (пьеэопластине), напряжение на которую подается при подаче сигнала запроса (на фиг. 5 входные сигналы не указаны). Магнитная головка 4 имеет обмотку записи w,и обмотку потокочувствительного считывания и (генератор возбуждения и обмотки управления чувствительныл элементом на фиг ° 5 не указаны). Маг нитная головка кольцевой шкалы подсоединена через усилители к блоку сканирования по столбцу 6, выполняющему функцию коммутатора столбца, блок синхронизации 5 управляет как заполнением регистра, так и выдачей информации в выходной блок 9, опреде.

771697

Формула изобретения

L ляющий суммы согласно выражений (5) и (1) и формирующий истинный код угла 4, . Можно в преобразователе применить классическую сканирующую головку, непосредственно сканирующую по координатам Х, например запись и считывание информации с помощью луча лазера, причем вращение плоскости поляризации луча будет зависеть от степени намагниченности носителя, т.е. значения символа а

Возможно для записи и сканирования кода применить головку и носитель с переменными магнитными свойствами и т.д. В любом исполнении сохраняются основные признаки изобретения — многозначность алфавита,,многоустойчивость носителя, прямая и инверсная запись кода, двухкоординатная выборка, обеспечивающие экономичность, быстродействие и надежность, Широкое применение преобразователь найдет при создании высоконаДежных управляющих систем автоматики, телемеханики и вычислительной техники, в которых измеряемый и управляемый параметр функционально связан с углом, а искажение значений угла недопустимо.

Магнитный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий магнитный элемент, на первой дорожке которого нанесены сетки синхроимпульсов, а на второй дорожке - прямой кольцевой код, магнитную головку, блок управления, соединенный через блок сканирования по строке с магнитной головкой, соединенной с одним из входов блока синхронизации и блоком про- ° верки кольцевого кода и формирования

15 истинного кода, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности преобразователя в него введен блок сканирования по столбцу, вход которого соединен с выходом блока синхронизации, первый выход соединен с другим входом блока синхронизации, а другой выход — с магнитной головкой, на третьей дорожке магнитного элемента, нанесен дополнительный кольцевой код.