Преобразователь угла поворотавала b код
Союз Советскмк
Соцкалксткческыи
Реслублмк
ОЛ ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
G 08 С 9/06 Гоаударствеиимй комитет Опубликовано 15.05.81. Бюллетень № 18 Дата опубликования описания 25.05.81 (53) УДК 681,325 (088.8) ва делам иэобретеиий и открытий А. В. Золотухин, А. П. Мантуло и В. В. Петько t (721 Авторы изобретеиия.Опытно-конструкторское технологическое бюро Института металлофизики АН Украинской СС (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГ ЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для точного измерения угла поворота вала в различных отраслях науки и техники. Известен преобразователь угла поворота вала в код, содержащий связанный с двигателем растровый кодирующий диск, по обе стороны которого закреплены источники света и фотоэлементы, связанные со схемой регистрации (1) . Недостатком данного преобразователя является невысокая точность, что обусловлено возможной нестабильностью вращения кодирующего диска. Кроме того, после каждого предыдущего цикла работы прорези дис ка занимают по отношению к фотоэлементам произвольное, неопределенное положение, в результате чего ошибка при измерениях может составлять две единицы счета. Известен преобразователь угол-код, содержащий соединенный с двигателем диск опроса, генератор счетных импульсов, две пары фотодиод-источник света и связанный с ними. через нуль-орган блок формирования кода, в состав которого входят триггеры, ключевые схемы и блок измерения от2 ношения числа счетных импульсов. Для устранения влияния нестабильности вращения диска опроса данный преобразователь снабжен дополнительным фотодиодом и катушками индуктивности, что в определенной мере повышает точность измерения )2). Однако при нефиксированном положении диска возможна ошибка в две единицы счета, что отрицательно сказывается на точности измерения угла. Цель изобретения — повышение точносщ ти преобразователя путем уменьшения возможной ошибки до одной единицы счета. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий двигатель, соединенный с кодирующим диском, две пары фотодиод-источник света, одна из которых установлена на корпусе, а другая — на кодируемом валу, два нуль-органа, входы которых соединены с фотодиодами, а выходы — с двумя входами первого триггера, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен со входом счетчика, генератор, второй элемент И и второй триггер, введены синхронный делитель частоты и блок питания двигателя, 830478 10 15 с 55 выход которого соедин и с двигателем, первый вход блока ии(»и. я,,ьигателя соединен с выходом второго .у,;ь-органа, третьим входом второго триггера и первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с третьим входом блока питания двигателя и выходом второго триггера, выход второго элемента И соединен со входом генератора, выход которого соединен с третьим входом первого триггера, вторым входом первого элемента И и входом синхронного делителя частоты, выход которого соединен со вторым входом блока питания двигателя, а первый и второй входы второго триггера соединены с шинами команд «Стоп» и «Старт». Такое выполнение преобразователя позволяет исключить ошибки, обусловленные нестабильностью вращения диска, а также устранить ошибку в одну единицу счета, которая возникает вследствие того, что прорезь диска занимает в начале измерений неопределенное положение по отношению к оптической оси опорной неподвижной пары фотодиод-источник света. На чертеже приведена схема преобразователя угла поворота вала в код. Преобразователь содержит синхронный двигатель (переменного тока) 1 и кодирующий диск 2 с прорезями. Диск размещен между элементами пар фотодиод-источник света (светодиод)-3 и 4. Пара 3 закреплена неподвижно (на корпусе устройства), а пара 4 установлена на кодируемом валу 5, угол поворота которого необходимо измерять, фотодиоды пар 3 и 4 связаны через нуль-органы 6 и 7 с устройством 8 формирования кода, в которое входит RS-триггер 9, к первому и второму входам которого подключены нуль-органы 6 и 7, элемент И 10, один из входов которого связан с выходом RS-триггера 9 и счетчик 11, подключенный к выходу элемента И 10. Кроме того, преобразователь содержит генератор 12 счетных импульсов, элемент И 13, а также устройство 14 управления двигателем, в состав которого входит синхронный делитель 15 частоты, блок 16 питания двигателя и трехвходовый Д-триггер 17, первый и второй входы которого связаны с шинами сигналов соответственно «Стоп» и «Старт». Генератор 12 счетных импульсов чсрсз делитель 15 связан с блоком 16 питания двигателя, который в свою очередь подклю ин к двигателю I. Кроме того, генера;,>р 2 связан с устройством 8 формирования ко. ш, а именно — с третьим входом три г: . р», и вторым входом элемента И 10. Выход нуль-органа 7, связанный с первы входом триггера 9, а также с третьим Hìiäîì триггера 17, первым входом блока 16 питания ii одним из входов элемента И l3, второ". вход которого подключен к выходу триггера 17. Г1ри этом выход триггера Зо 17 связан также с третьим входом блока 6 питания двигателя. Преобразователь работает следующим образом. После предыдущего цикла измерений (или специального подготовительного цикла) кодирующий диск 2 занимает, за счет наличия устройства управления двигателем 14, строго фиксированное положение, при котором щель диска располагается на оптической оси пары 3 фотодиод-источник света. На входе нуль-органа 7 присутствует фототок приемника света (фотодиода пары 3), а на выходе — потенциал логической единицы, который поступает на первый вход триггера 9 и на третий вход Д-триггера 17. До поступления команды «Старт» триггер 17 находится в состоянии, когда на его выходе присутствует логический «О». Логический ноль поступает через элемент 13 на запрещающий вход генератора l2. На выходе генератора 12 напряжение отсутствует, двигатель 1 обесточен, счетчик 11 незаполнен. По команде «Старт», поступающий на третий вход триггера 17, на его прямом выходе формируется логическая «1», запускающая генератор 12. Высокочастотные счетные импульсы поступают с генератора 12 на третий вход триггера 9, и на его выходе появляется логическая «1» (до прихода импульса на первом входе триггера 9 присутствовала единица с выхода нуль-органа 7). Одновременно импульсы с генератора 12 поступают на элемент И 10 и после переключения триггера 9 в состояние единицы (время переключения намного меньше длительности импульса) проходят на вход счетчика 11. Таким образом, начиная с первого импульса генератора 12 происходит отсчет числа, пропорционального угловому положению вала. По тупление первого счетного импульса совпадает с моментом трогания диска 2, так как импульсы с генератора 12 одновременно поступают через синхронный делитель l5 частоты на вход блока 16. Блок 16, работающий по принципу широтно-импульсной модуляции, обеспечивает питания синхронного двигателя 1 импульсами, частота которых постоянна, а длительность зависит от изменений скорости вращения диска модулятора. При этом передний фронт питающих импульсов совпадает с передним фронтом ВЧ счетных импульсов, а временная нестабильность вращения двигателя (с учетом отсутствия нагрузки на его валу) приближается к нестабильности самого генератора 12. Высокая стабильность вращения обеспечивается наличием обратной связи блока 16 питания с нуль-органом 7. 830478 Формула изобретения С начала вращения диска формируются две последовательности импульсов от пары 3 фотодиод-источник света и пары 4, фазовый сдвиг между которыми пропорционален углу поворота вала. Эти две последовательности после формирования нуль-органами 6 и 7 поступают на первый и второй входы триггера 9 и формируют временной интервал, заполняемый импульсами генератора 12 через элемент И 10. При поступлении команды «Стоп» на первый вход триггера 17 переключение триггера в ноль произойдет только в момент наличия сигнала на выходе нуль-органа 7, т. е. в тот момент, когда щель диска совпадает с оптической осью пары 3. В этот момент на генератор 12 поступает кратковременный сигнал «Стоп», который появляется и на выходе блока 16. С каждым последующим поворотом, продолжающего вращаться диска 2, длительность запрещающего импульса с элемента И 13 увеличивается, что приводит в конечном итоге к остановке двигателя и диска в требуемом фиксированном положении, которое и является исходным положением для следующего цикла, работы. Введение в преобразователь устройства управления синхронным двигателем, которое обеспечивает работу двигателя в синхронизме с работой высокостабильного генератора счетных импульсов (фазовый сдвиг между импульсами пары 3 и импульсами генератора есть постоянная величина), позволяет исключить ошибки, связанные с нестабильностью вращения диска, а также дает возможность совместить во времени момент трогания диска с моментом поступления в счетчик первого счетного импульса, в результате чего исключается ошибка в одну единицу счета, которая могла возникнуть в начале отсчета и привела бы к снижению точности измерений. Таким образом, предлагаемая конструкция преобразователя обеспечивает повышение точности измерений (особенно на начальных участках диапазонов углов) и уменьша6 ет возможную ошибку до одной единицы счета. Экономический эффект от использования данного изобретения обусловлен его техническими особенностями, приведенными выше. Преобразователь угла поворота вала H код, содержащий двигатель, соединенчьп. с кодирующим диском, две пары фотодио..источник света, одна из которых установл на на корпусе, а другая — на кодируем, м валу, два нуль-органа, входы которых соединены с фотодиодами, а выходы — с дву s мя входами первого триггера, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен со входом счетчика, генератор, второй элемент И и второй триггер, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены синхронный делитель частоты и блок питания двигателя, выход которого соединен с двигателем, первый вход блока питания двигателя соединен с выходом второго нуль-органа, третьим входом второго триггера и первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с третьим входом блока питания двигателя и выходом второго триггера, выход второго элемента И соединен со входом генератора. выход которого соединен с третьим входом первого триггера, вторым входом первого элемента И и входом синхронного делителя частоты, выход которого соединен со вторым входом блока питания двигателя, а первый и второй входы второго триггера соез5 динены с шинами команд «Стоп» и «Старт». Источники информации, принятые во внимание при экспертизе i. Авторское свидетельство СССР № 506893, кл. G 08 С 9j06, 1974. 2. Авторское свидетельство СССР 4 № 525145, кл. G 08 С 9/06, 1975 (прототип). 830478 Составитель F.. Бударина Редактор Н. Воловик Техред А. Бойкас Корректор Г. Решетник Заказ 3456/60 Тираж 691 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 1 1 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская xa6., д. 4/5 Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4
