Преобразователь перемещения в код

 

Союз Советски н

Социалистические

Республик

{ 773667

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! 3 дополнительное к авт. саид-ву (22)Занвлено 28.02. 79(23) 2730623/18 24 с присоединением заявки .% (23) П риоритет (5т)М. Кл.

6 08 С 9/00

Гееудеретееннмй комитет

СССР но делам изобретений н открытий

Опубликовано 23.10.80. Бюллетень е{ь 39 (53) УДК 681., 325 (088,8) Дата опубликования описания 26.10 80

И. П. Дмитренко, В. И. Корчун, В. В. Лебедь и Б. A. Чернегов (723 AsTop . изобретения

Киевский институт автоматики им. ХХУ съезда-КПСС. (7I3 Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ Б КОД

Изобретение относится к автоматике и вычиспительной технике и может быть использовано в цифровых устройствах прецизионного измерения угловых и линейных перем ещений.

Известны преобраэоватепи перемещения в код, содержащие датчик перемещений, суммирующие и фаэочувс твитепьные усипитепи, коммутаторы каналов и октантов, преобразователь напряжение-код и бпоки коррекции (интерпопяции) 1) . то

Недостатком таких устройств явпяется их сложность, обусловленная наличием большого числа последовательно вкпюченных элементов и наличием функшюнапьно

15 сложных бпоков коррекции.

Известны также преобразователи перемещения в код, содержащие датчики перемещения с т = 2m выходами (соответственно числу чувствитепьных элементов)— так называемые многофаэные.

Однако дпя реализации их требуется большое число чувствительных эпементов, что значительно усложняет преобразоватепь.

Более простым, при сохранении точност ных характеристик, явпяется преобразователь угла поворота вала в код, в котором испопьзуется свойство линейной зависимости амплитуды гармонического сигнала от угла поворота при мапьтх перемещениях (2$

Однако дпя его работы требуется датчик с трехфазным выходом.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь перемещения в код, содержащий датчик перемещения, выходы которого соединены с одними входами блока определения направления перемещения, другие входы которого соединены с выходами аналого-цифрового преобразователя, сумматор, двухполупериодный выпрямитель и два двухполярных ограничителя амплитуды сигналов, входы которых соединены с соответствующими выходами датчика перемещения, а выходы подключены к соответствующим входам сумматора, выход которого соединен с пятым входом

7 736(7 ф

1дах суMMQvopB два переменных на пряже ния трапецеидальной формы, сдвинутых по фазе на 180

Лля того, чтобы устранить постоянную составляющую суммарного сигнала, введен источник постоянного напряжения сме1- щения . Введение этого источника, подклю3 блока определения направления перемещения непосредственно, и через двухполуп риодный выпрямитель - со входом анало го-цифрового преобразователя. Лля работы устройства необходим датчик перемещения, имеющий двухфазный выход (синус-косинус). Синусный и косинусный вь ходы датчика перемещения необходимы для однозначного определения направления перемещения, при этом практически ли- щ нейные участки от -45О до +45 и от

+135 до +225 синусоидального и косинусоидального напряжений используются для формирования напряжения треугольной формы (3 . !

Недостатком устройства является то, что в результате ограничения на уровне

+ 0,7 U входных синусоидального и косинусоидального напряжений, поступающих с соответствующих выходов датчика пере- рр мещения, их суммирования и двухполупериодного выпрямления, аналого-цифровой преобразователь осуществдяет квантование по уровню четырех линейных участков, что ограничивает точность работы устройства д5 вследствие ограниченной разрядности аналого-цифрового преобразов ателя.

Бель изобретения — повышение точности работы преобразователя перемещения в код. ЗО

Указанная цель достигается тем, что в преобразователь перемещения в код, содержащий датчик перемещения, выходы которого соединены с первыми входами блока определения направления перемещения, другие входы которого соединены с выходами аналого-цифрового преобразователя, а выходы— со входами реверсивного счетчика, сумматор, ограничители амплитуд и выпрямители, в него введены источник постоянного смещения, каждый выход датчика перемещения через соответствующие последовательно соединенные выпрямитель и ограничитель амплитуды подключен к первому и второму входам сумматора, третий вход которо45 го соединен с выходом источника постоянного смещения, а выход сумматора соединен со входом аналого-цифрового преобразователя.

Йвухполупериодное выпрямление синусо$0 идального и косинусоидального напряжений, поступающих с соответствующих выходов датчика перемещения, и ограничение выпрямленных напряжений по амплитуде на уровне 0,7 Ll соответствующими однополярными ограничителями амплитуды сигналов, входы которых соответственно соединены с выходами двухполупериодных выпрямителей, позволяет получить на вхоченного к третьему входу сумматора, поз»валяет получить на выходе сумматора сигнал треугольной формы, содержащий весемь линейных участков за один период входного сигнала (при этом учитывается, что гармонический сигнал на участках от -0,7 U до +0,7 0,71 изменяется практически линейно).

Квантование этого сигнала по уровню осуществляется аналого-цифровым преобразователем таким же образом, как и в изв ес тном.

Б результате на выходе преобразователя перемещения в код получается в два раза большее количество импульсов перемещения за один период входного синусоидального сигнала по сравнению с известным поскольку на выходе сумматора получается восемь линейных участков, а не четыре, как в известном, что равносильно повышению точности устройства вдвое.

Объединение импульсов сложения и импульсов вычитания, которые поступают с аналого-цифрового преобразователя следящего типа, в одну цепь, как импульсов перемещения вправо или влево с определенным шагом по растровой шкале, осуществляется блоком определения направления перемещения, который выдает импульсы по одному каналу при движении вправо или по другому каналу при движении влево, причем анализ импульсов cairo» жения и вычитания для объединения их в одну цепь осуществляется не в квадрантах, как в известном, а в октантах.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 и 3— временные диаграммы сигналов, поясняющие его работу (Ц,, lJ< — сигналы на выходах датчика перемещения, 0Ъ 04

) сигналы на выходах двухполупериодных выпрямителей. 0,0,0 — с гн лы на входах сумматора, Ц8 «сигнал на выходе сумматора, lJg — сигнал на выходе цифроаналогового преобразователя, О„о, (3,„ - сигнал на выходах аналого-цифрового преобразователя, Ц +)Q - сигналы на выходах блока определения направл ння перемещении); на фиг. 4 - функциональная схема блока определения направления перемещения.

773667 идапьного и коспнусоцаапьного напряжений ) сигналы Ц и LJ() (фиг 2 ) с выходом ограничителей 3 поступают на входы сумматора 9, ца третий вход которого

S с источника 10 напряжепия смещения поступает напряжение Uq . В реэупьтате суммирования сигналов Цг, (! и L/q на выходе сумматора 9 получается напряжение треугольной формы lf g которое содержит восемь линейных участков за

Преобразователь перемещения в код содержит (фиг. 1) датчик 1 перемещения, выходы которого через двухполупериодные выпрямители 2 соединены со входами соответствующих однополярных ограничителей 3 амплитуды сигналов и непосредст венно с одними входами блока 4 определения направления перемещения. другие входы блока 4 соединены соответственно с выходами аналого-цифрового преобразователя 5, состоящего из цифроаналогового преобразователя 6, сравнивающего уст ройства 7 и реверсивного счетчика 8. Выходы однополярных ограничителей 3 амплитуды сигналов подключены ко входам сум- 1 матора 9, третий вход которого соединен с выходом источника 10 постоянного напряжения смещения. Выход сумматора 9 подключен ко входу сравнивающего устройства 7 аналого-цифрового преобразователя 5.

Выходы блока 4 определения направления перемещения соответственно соединены со входами реверсивного счетчика 11, на выходе которого устанавливается цифровой код перемещения. Блок 4 определения направления перемещения содержит (фиг. 4) компараторы

12 и 13 входных сигналов, настроенные на нулевой уровень входных сигналов, 3а компаратор 14 суммы входных сигналов, компаратор 15 разности входных сигналов, инверторы 16, входы которых соответственно подключены к выходам компараторов 12 . 15. и дешифратор 17. Входы дешифратора 17 соответственно подключены к выходам компараторов 12—

15 и инверторов 16, а также к выходам аналого-цифрового преобразователя 5 (фиг. 1). Йешифратор 17 при помощи ло- щ гических операций объединяет импульсы сложения Ц„о (фиг. 3) и импульсы вычитания 0 в одну цепь и выдает их по каналу Ц+ или каналу 0- на соответствующие входы реверсивного счет чика 11 (фиг. 1), в зависимости от направления перемещения.

Устройство работает следующим образом.

Зтектрические сигналы U и 02 (фиг. 2), сдвинутые по фазе на 90, с датчика 1 перемещения (фиг. 1)поступают на входы двухполупериодных выпрямителей 2, с выходом которых выпрямленные напряжения U u Up (фиг. 2) поступают на входы соответствующих однополярных ограничителей 3 амплитуды сигналов. Ограниченные на уровне 0,7 U»„ (где Ц»„- амплитуда входных синусоодин период входного сигнала, так как участки сцнусоидальпого сигнапа в пределах от -0,7, до +0,70п» практически линейные.

С выхода сумматора 9 (фиг. 1) электрический сигнал треугольной формы поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 5 следящего типа, состоящего из цифроаналогового преобразователя 6, сравнивающего устройства 7 н реверсивного счетчика 8. Аналого-цифровой преобразователь 5 осуществляет слежение за

Входным линейно-изменяющимся напряжением треугольной формы Ц8 формируя при этом импульсы перемещений О,о при движении вправо и 0„, при движении влево (фиг. 3). Импульсы перемещения

U» и U ïî каналам сложения и вычитания поступают на соответствующие входы биска 4 (фиг. 1) определения направления перемещения, па другие два входа которого поступают сигналы с выходом датчика 1 перемещения.

Зпектрические сигналы 0, и Ug (фиг.

4) с выходом датчика 1 перемещения поступают на входы компараторов 12—

15 блока 4 определения направления перемещения, причем компаратор 12 настр .ен на нулевой уровень входного сигнала, компаратор 15 настроен на нулевой уровень входного сигнала 0, компаратор 13 выделяет моменты перехода через ноль суммы входных сигналов (), и Ug a компаратор 14 выделяет моменты перехода через ноль разности входных сигналов 01 и Ug С выходов компараторов 12 — 15 электрические сигналы поступают на соответствующие входы дешифратора 17, а также на входы инверторов 16, с выходов которых на соответ ствуюшие входы дешифратора 17 поступают инвертированные сигналы компараторов

12 — 15.

Импульсы сложения U о и вычитания

U поступают также на соответствующие входы дешифратора 17. В результате логических операций, производимых дешифратором 17, происходит объединение импульсов сложения Ц1о и вычитания Ц», 7 поступающих с выходом аееалого-епефрового преобразователя 5, в оеещ цепь. Импульсы перемещения выдаются с выходом дешифратора 17 по каееалу Д е при движе-.нии в одном направлении, или по каналу )- при движении в противоположном направлении.

Если обозначить электрическиe сигналы, поступающие с выходов компараторов

12 - 15, через А, В, C и Й соответственно, сигналы с выходом соответствующих инверторов через Л, В, С и Б., я импульсы сложения 1 Ео и БычеетBEIIIn LI ее соответственно через L и FÄ с Bля обтеди-ненпч импульсов перемещения в одну цепь логические уравнения, реализуемые дешпфратором 17, выражаеоеся следующеем ОСразом:

67 8 рабОтье) при прОчих равных условиях„ловы пееееа в 2 раза по cpBBIIeEInvo с еезвестееьемр поскольку растровая шкала, coomeòcòýólщая одному периоду BKOIIIIoro сигнала, делитеся на вдвое большее lnci-o частей, а

>ЕЕ именно на 8 (. — 1) частей, где П число разрядов аналого-цифрового преобразователя 5. На фиг. 3 дана диаграмма сигналов устройства для случая ее = 3.

Положительный эффект от использования предлагаемого устройства определяет. ся его техническими характеристиками, т. е. ееовышеееееой точностью при практически одинаковых с известным аппаратурных затратах.

Формул а изобретения

О =(МЪ»ЦЧф»Ь| Г) (Э»Е.:»Е Ч(ЛС<,Е)V (1)

Ч(» ЛЪЛГ)»(В»Ь»Г) ЕД»»Р Е(А»Ы) при движении в одном направлении, и

u:-=(А ЛЬ»Р) У (ТЗ»b»E) /(Р» » Е-) V (a»Г») (2

М(АЛЬ»Е-)Ч(Э»Ь»Е)Ч(ЪС»Г)Ч(А А»Е) прп движении в обратном направлении.

Импульсы перемещения с выходом бло3. ка 4 определения направлеепея перемещения

ЗО пО каналам Ц Е епеи . - поступают на соответс евуюепие входы реверсивееого счетчика 11, на выходе которого устанавливается код перемещения.

Квантование по уровню с шагом 6 U

35 линейно- измен IloliiегоcEI напряжения Up . (феп а 3) аналого ееифровым преобразоВ ать лем 5 следящего типа, объединение I пульсов сложения И,о и импульсов вы штания Uqq в одну цепь в блоке 4 определе- . ния направления перемеецения, позволяет получить на выходе устройства 8 (2 — 1) импульсов за один период входного синусоеедальееого сигнала, что равносильеео делению растровой шкалы, соответствующей периоду входного сигнала, на 8 (2" — 1) частей, где h — число разрядов.

Таким образом, в предлагаемом преобразователе переметцения в код точность

Преобразователь перемещенич в код, содержаеций датчик перемещения, выходы которого соединены с первыми входами блока опредечения направления перемеепенця, другие входы которого соединены с выходами аналого-цифрового преобразователя, а выходы - со входами реверсивного счетчика, сумматор, ограничители амплитуд, вьееерямеетели, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности работы преобразователя„в него введен источник постоянного смещения, каждый выход дат еика перемещения через соответствующие последовательно соединенные выпрямитель и ограничитель амплитуды подключен к первому и второму входам сумматора, третий вход которого соединен с выходом источника постояепеого смеецеееия, B выход сумматора соединен со входом аналого-петрового преобразователя.

Источники информации, прееееячъее во вееимаееие при зкспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

- ""е 467390, кл. Я 08 С 9/04, 1973.

2. Авторское свеедетельство СССР

% 470841, кл. Я 08 С 9/00, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР

M* 510732, кл. Cj 08 С 9/00, 1974 (прототип) .

773667

Составитепь И. Наэаркииа

Техред ИАсталош Корректор М. Пожо

Редактор Г. Волкова

Закаэ 7511/65

Тираж 682 Подписное

ВНИИПИ Государсшениого комитета СССР по делам иэебретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектиая, 4