ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД Российский патент 1997 года по МПК H03M1/24 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения углов, в частности в астрономических инструментах.

Известен преобразователь, оптическая система которого, состоящая из объектива, щелевой диафрагмы и приемника излучения, вращается с постоянной угловой скоростью с помощью привода. Излучающие объекты I и II находятся в плоскости вращения оптической системы. При попадании изображений объектов на щелевую диафрагму с приемника излучения снимаются импульсы фототока, усиливаемые усилителем и поступающие в электронно-логический блок, где используются как опорные импульсы для управления времяимпульсным преобразователем. В результате обработки сигналов получается значение измеряемого угла:
α = 360^°•t_α/t₀= 360^°•N_α/N₀
где t_α и t₀ соответственно время разворота оптической системы на угол поворота α и на 360^o;
N_α и N₀ числа заполняющих импульсов соответственно указанным временным интервалам [1]
Наибольшее влияние на результат измерений в рассмотренном устройстве оказывает нестабильность угловой скорости Ω оптической системы за время измерения, т. е. за время одного оборота оптической системы. Это создает значительные трудности при создании высокоточных угломерных устройств.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является преобразователь угла поворота вала в код, содержащий задающий элемент, установленный на валу двигателя, и содержащий кодовую штриховую дорожку и опорный элемент, первый и второй неподвижные чувствительные элементы, третий и четвертый подвижные чувствительные элементы, причем первый и третий чувствительные элементы сопряжены с опорным элементом, а второй и четвертый чувствительные элементы сопряжены со штриховой дорожкой, формирователи, соединенные с выходами чувствительных элементов, генератор импульсов, электронно-логическую схему, блок вычислений и блок пуска. Сигналы с четырех чувствительных элементов, получаемые при вращении задающего элемента, усиливаются и управляют логическими схемами, осуществляющими в грубом отсчете угла счет целых межштриховых углов, входящих в замеряемый угол, а в точном отсчете измерение части межштрихового угла, входящего в замеряемый угол. Точный отсчет производится столько раз, сколько штрихов на штриховой дорожке лимба, после чего производится осреднение результатов измерений точного отсчета. Измеряемый угол вычисляется как сумма углов грубого и точного отсчета [2]
Одним из недостатков аналога является то, что измерение углов идет с опорой на одноименные фронты импульсов, отражающих объекты, между центрами которых надо измерить угол. При разной яркости двух объектов, между которыми измеряется угол, и, следовательно, разной длительности импульсов от этих объектов в подобных устройствах это вызывает характерную дополнительную погрешность.

Таким же недостатком обладает прототип, в котором в качестве опоры для измерения углов используются фронты импульсов от штрихов штриховой дорожки. В паспортных же данных указанная точность нарезки штрихов относится к центрам штрихов. Например, штрихи штриховой дорожки диска диаметром 412 мм, изготовленного Киевским заводом "Арсенал", имеет ширину штриха 10-15 мкм, а точность нарезки центра штриха составляет 0,5 мкм. Таким образом, использование в качестве опоры края штрихов не дает возможности полностью использовать паспортную точность штрихов.

Другим недостатком прототипа является выбранный способ последовательного вычисления всех углов в точном отсчете за один оборот диска, который требует много времени и соответственно малой скорости вращения диска, что не позволяет в полной мере использовать инерционность диска для стабилизации скорости его движения.

Технический результат заключается в уменьшении погрешности преобразователя.

Этот результат достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий установленный на валу двигателя кодовый элемент с равномерной штриховой кодовой дорожкой, один из штрихов которой удлинен и является опорным элементом, неподвижные первый и второй чувствительные элементы, подвижные третий и четвертый чувствительные элементы, четыре компаратора, восемь элементов И, шесть триггеров, генератор импульсов, блок вычислений с первым, вторым, третьим и четвертым входами, первый счетчик, два счетчика-дешифратора, два знаковых индикатора и блок пуска, выходы первого и второго чувствительных элементов соединены соответственно с входами первого и второго компараторов, выходы третьего и четвертого чувствительных элементов соединены соответственно с входами третьего и четвертого компараторов, первый и третий чувствительные элементы сопряжены с опорным элементом, а второй и четвертый чувствительные элементы сопряжены со штриховой дорожкой кодового элемента, выход первого компаратора соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выход первого элемента И соединен с входом J первого триггера, выход Q которого соединен с входом второго триггера и первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с входом C первого счетчика-дешифратора, выходы которого соединены с входами первого знакового индикатора, выход второго триггера соединен с вторым входом первого элемента И, выход второго компаратора соединен с вторым входом третьего элемента И и входом R третьего триггера, выход третьего компаратора соединен с входом K первого триггера, выход четвертого компаратора соединен с входом S третьего триггера, выход четвертого триггера соединен с вторым входом второго элемента И, выход генератора импульсов соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с первыми входами пятого и шестого элементов И, выход пятого триггера соединен с первыми входами седьмого и восьмого элементов И, выход блока вычислений соединен с входом C второго счетчика-дешифратора, выходы которого соединены с входами второго знакового индикатора, выход блока пуска соединен с входами R первого, второго, четвертого и шестого триггеров, первого и второго счетчиков дешифратора, первого счетчика и четвертым входом блока вычислений, введены четыре элемента И, восемь элементов ИЛИ, четыре элемента НЕ, счетчик с предустановкой, второй счетчик и два дешифратора, выход первого элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход третьего компаратора соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом первого триггера, выход второго элемента И соединен с входом счетчика с предустановкой и первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом четвертого и первым входом девятого элементов И, выход Q счетчика с предустановкой соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ и с входом четвертого триггера, выход четвертого элемента И соединен с входом пятого триггера, выход второго компаратора соединен с входом первого элемента НЕ, вторым входом седьмого элемента И, первым входом третьего элемента ИЛИ и вторым входом девятого элемента И, выход первого элемента НЕ соединен с вторым входом пятого элемента И, выход четвертого компаратора соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ и первым входом четвертого элемента ИЛИ, выход третьего элемента ИЛИ соединен с вторым входом восьмого элемента И и входом второго элемента НЕ, выход которого соединен с вторым входом шестого элемента И, выход третьего триггера соединен с вторым входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого соединен с третьими входами шестого и восьмого элементов И, выход первого компаратора соединен с первым входом десятого элементов И и с входом третьего элемента НЕ, выход которого соединен с третьим входом девятого элемента И, выход которого соединен с первым входом пятого элемента ИЛИ, выход десятого элемента И соединен с вторым входом пятого элемента ИЛИ и входом шестого триггера, выход которого соединен вторым входом десятого элемента И, выход пятого элемента И и выход седьмого элемента И соединены соответственно с первым и вторым входами шестого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом одиннадцатого элемента И, выход которого соединен с вторым входом блока вычислений, выход восьмого элемента И и выход шестого элемента И соединены соответственно с первым и вторым входами седьмого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом двенадцатого элемента И, выход которого соединен с первым входом блока вычислений, выход пятого элемента ИЛИ соединен с входом четвертого элемента НЕ и с входом С первого счетчика, выходы которого соединены с входами первого дешифратора, выход которого соединен с вторым входом двенадцатого элемента И и первым входом восьмого элемента ИЛИ, выход четвертого элемента НЕ соединен с входом С второго счетчика, выходы которого соединены с входами второго дешифратора, выход которого соединен с вторым входом восьмого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом одиннадцатого элемента и третьим входом блока вычислений, вход блока пуска соединен с входами R счетчика с предустановкой и второго счетчика.

На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя угла поворота вала в код; на фиг. 2 кодовый элемент с осветителями, диафрагмами, фотоприемниками и компараторами; на фиг. 3 структурная схема блока вычислений; на фиг. 4 кодовый элемент с нанесенной штриховой дорожкой с опорным элементом, выполненным в виде удлиненного штриха, фотодиоды начального и конечного направлений измерения угла и измеряемый угол α; на фиг. 5 - кодовый элемент в момент совпадения опорного элемента с начальным направлением отсчета угла /т. е. в момент начала измерения угла a /, измеряемый угол a угол Da, замеряемый в точном отсчете, и межштриховой угол v, на фиг. 6 - временные диаграммы работы преобразователя с опорой на центры штрихов кодового элемента; на фиг. 7 временные диаграммы работы преобразователя с выбранным шагом съема информации /для примера рассмотрена работа кодового элемента с числом штрихов 40 и шагом съема информации равным 8/.

Преобразователь угла поворота вала в код содержит кодовый элемент в виде непрозрачного диска 1 /фиг. 1/ с нанесенной на краю диска 1 прозрачной равномерной штриховой дорожкой 2 с числом штрихов N, в которой один штрих 3 удлинен в сторону центра диска и является опорным элементом. Все осветители 4-7 /фиг. 2/ расположены по одну сторону диска 1, а все диафрагмы 8- 11 и все фотоприемники 12-15 по другую сторону диска 1 и образуют четыре чувствительных элемента. Осветитель 4, диафрагма 8, фотоприемник 12 и компаратор 16 образуют канал съема информации по штриховой дорожке с начального направления /НН/ отсчета угла /второй канал/. Осветитель 5, диафрагма 9, фотоприемник 13 и компаратор 17 образуют канал съема информации от опорного элемента с начального направления /НН/ отсчета угла /первый канал/. Осветитель 6, диафрагма 10, фотоприемник 14 и компаратор 18 образуют канал съема информации от опорного штриха по конечному направлению /КН/ отсчета угла /третий канал/. Осветитель 7, диафрагма 11, фотоприемник 15 и компаратор 19 образуют канал съема информации по штриховой дорожке по конечному направлению отсчета угла /четвертый канал/. Осветители 4 и 5, диафрагмы 8 и 9, фотоприемники 12 и 13 расположены на одном радиусе, неподвижны относительно оси диска 1 и образуют начальное направление /НН/ отсчета угла. Осветители 6 и 7, диафрагмы 10 и 11, фотоприемник 14 и 15 расположены на одном радиусе, жестко связаны между собой /фиг. 1/, могут вращаться относительно оси диска 1 и образуют конечное направление /КН/ отсчета угла. В преобразователе образованы каналы грубого /ГО/ и точного /ТО/ отсчетов. Канал грубого отсчета /ГО/ содержит компараторы 17,18, элемент И 20, элемент ИЛИ 21, триггер 22 /с раздельным входом/, элемент И 23, счетчик-дешифратор 24, знаковый индикатор 25, вход триггера 26 соединен с выходом Q триггера 22, выход триггера 26 соединен с входом элемента И 20. Выход компаратора 18 соединен с входами элемента ИЛИ 21 и входом K триггера 22. Выход элемента И 20 соединен с входом J триггера 22. Выход компаратора 16 подсоединен к входу элемента И 23.

Канал точного отсчета /ТО/ содержит элемент И 27, вход которого подсоединен к выходу компаратора 17, а выход к входу элемента ИЛИ 30 и входу С счетчика 28 с предустановкой /с возможностью записи предварительного числа/, выход которого соединен с входом элемента ИЛИ 30 и входом триггера 29, выход которого соединен с входом элемента И 27. Выход элемента ИЛИ 30 соединен с входами элемента И 32 и элемента И 33. Выход генератора 31 импульсов соединен с входом элемента И 32, выход которого соединен с входами элементов И 34, 35 и входом триггера 36, выход которого соединен с входами элементов И 37, 39. Выход компаратора 16 соединен с входом элемента И 37, входом элемента НЕ 38, входом элемента ИЛИ 39, входом R триггера 40 и входом элемента И 33. Выход элемента НЕ 38 соединен с входом элемента И 34. Выход элемента ИЛИ 39 соединен с входом элемента И 38 и входом элемента НЕ 42, выход которого соединен с входом элемента И 35. Выход триггера 40 соединен с входом элемента ИЛИ 41, выход которого соединен с входами элементов И 35,38. Выход компаратора 19 соединен с входами элемента ИЛИ 39 и входом S триггера 40 и входом элемента ИЛИ 41. Выход компаратора 17 соединен с входом элемента И 43 и входом элемента НЕ 44, выход которого соединен с входом элемента И 33. Выход элемента И 43 соединен с входом элемента ИЛИ 45 и входом триггера 46, выход которого соединен с входом элемента И 43. Выход элемента И 33 соединен с входом элемента ИЛИ 45, выход которого соединен с входом элемента НЕ 46 и входом счетчика 47, выходы которого соединены с одноименными входами дешифратора 48. Выход элемента НЕ 46 соединен с входом счетчика 49, выходы которого соединены с одноименными входами дешифратора 50, выход которого соединен с входом элемента ИЛИ 51, выход которого соединен с входом элемента И 52 и третьим входом блока 53 вычислений, выход которого соединен с первым входом С счетчика-дешифратора 54, выходы которого соединены с входами знакового индикатора 55. Выход дешифратора соединен с входом элемента ИЛИ 51 и входом элемента И 56. Выходы элемента И 34 и элемента И 37 соединены с входами элемента ИЛИ 57, выход которого соединен с входом элемента И 52, выход которого соединен с вторым входом блока 53 вычислений. Выходы элементов И 38 и 35 соединены с входами элемента ИЛИ 58, выход которого соединен с входом элемента И 56, выход которого соединен с первым входом блока 53 вычислений. Входы R триггеров 22, 26, 29 и 46, четвертый вход блока 53 вычислений, вторые входы счетчиков-дешифраторов 24, 54, входы R счетчика 28 с предустановкой и счетчиков 47, 49 соединены с выходом блока 59 пуска. Элементы конечного направления КН отсчета угла связаны между собой конструкцией 60.

Блок 53 вычислений /фиг. 3/ выполнен на формирователях 61 и 62 импульса, элементах ИЛИ 63, ИЛИ 64, ИЛИ 65, генераторе 66, элементах 67, 68 задержки сигнала, счетчиках 69-72, элементе И 73, элементах 74 и 75 сравнения кодов, регистрах 76, 77 памяти, счетчике-делителе 78. Формирователи 61 и 62 импульса предназначены для формирования узкого импульса по заднему фронту входного сигнала.

Суть изобретения заключается в следующем.

Используя конструкцию и логику работы преобразователя за цикл, составляющий несколько оборотов диска 1, производится измерение угла в ГО и ТО, причем измерение в ГО производится за один первый оборот кодового элемента, а измерение в ТО производится в течение всех нескольких оборотов кодового элемента. Количество измерений в ТО равно количеству штрихов штриховой дорожки 2. Осреднение результатов замеров всех углов Δα производится в блоке 53 вычислений. Измеряемый угол a /фиг. 4,5/ вычисляется как сумма углов грубого и точного отсчета. Измерение угла между начальным /НН/ и конечным /КН/ направлениями отсчета происходит при вращении кодового элемента, которое осуществляется от синхронного двигателя, соединенного через делитель частоты с высокостабильным генератором импульсов, частота которого находится в нониусной зависимости с частотой генератора 31 импульсов. В момент нахождения какого-либо из штрихов на линии начального или конечного направлений отсчета угла a фотоприемники 12-15 генерируют импульсы тока, которые в компаратора 16-19 усиливаются до напряжения срабатывания логических схем.

Для пояснения сущности изобретения воспользуемся схематическим изображением кодового элемента с фотоприемниками 12-15, показанными на фиг. 4,5, где также изображены линии начального /НН/ и конечного /КН/ направлений отсчета угла.

Угол, величину которого надо замерить, на фиг. 4,5 составляет 7 целых делений шкалы кодового элемента и часть деления. Измерение угла начинается с момента прохождения опорным штрихом линии НН направления отсчета угла. Работа грубого отсчета заключается в счете штрихов штриховой дорожки 2, находящихся к началу измерения угла между НН и КН направлениями отсчета угла, без учета опорного элемента 31 /удлиненного штриха/. Импульсы с компаратора 16 /фиг 1/ записываются в счетчик-дешифратор 24 грубого отсчета через логическую схему, которая открывается задним фронтом импульса с компаратора 17, срабатывающего от штриха 3, и закрывается задним фронтом импульса с компаратора 18, срабатывающего тоже от штриха 3. Счетчик-дешифратор 24 ГО подключен к знаковому индикатору 25, показывающему число записанных импульсов. Если на диске 1 360 штрихов, то результат измерения индицируется в градусах, если на диске 1 21600 штрихов, то результат измерения индицируется в минутах. При промежуточном числе штрихов на диске 1 индицированный результат измерения надо домножить на коэффициент 21600/N и получить результата в минутах, где N число штрихов диска 1.

Работа устройство ТО заключается в измерении части межштрихового угла Da /фиг. 6/, входящего в замеряемый угол, но не попавший в ГО. Замер производится путем записи в счетчики 69, 70 /измеряющий и масштабный/ заполняющих импульсов от генератора 31 в моменты прохождения диска 1 соответственно углов Da и Φ.

В измерительный счетчик 69 записываются заполняющие импульсы с момента появления переднего фронта импульса с компаратора 16 до момента появления заднего фронта импульса с компаратора 19. Эти пачки импульсов обозначены n_Δα. В масштабный счетчик 70 записываются заполняющие импульсы с момента появления переднего фронта импульса с компаратора 16 до момента появления заднего фронта следующего импульса с того же компаратора 16. Эти пачки импульсов обозначены n_м. Частота импульсов заполнения, записываемая в счетчики 69, 70 измерительный и масштабный зависит от присутствия импульса на выходе компаратора 16 или 19. В момент присутствия импульса заполняющая частота в двое меньше, чем в момент отсутствия импульса на выходе компараторов 16 и 19 /фиг. 6/. Таким образом, количество импульсов n_Δα и n_м, записываемых в счетчики 69, 70, равно количеству импульсов заполнения одной прежней частоты /т. е. при отсутствии импульса с выходов компараторов 16 или 19/, прошедших за время поворота диска 1 на угол между центрами двух штрихов.

При изменении углов опора на центры штрихов должна повысить точность измерения в несколько раз. На фиг. 6 дана временная диаграмма работы устройства при опоре на центры штрихов, где а и б штриховые импульсы на выходе компараторов 16 и 19, по которым идет подсчет заполняющих импульсов n_Δα; в осциллограмма единичного замера на выходе элемента И 52.

В преобразователе замеры в ТО происходят не последовательно между всеми штрихами за один оборот диска 1, а выборочно с определенным шагом информации за несколько оборотов диска 1, что при том же общем времени цикла измерения угла позволяет увеличить скорость его вращения в несколько раз. Увеличенная скорость вращения диска 1 увеличивает стабильность скорости его вращения и уменьшает время съема информации об угле Da. То и другое повышает точность измерения угла. На фиг. 7 даны временные диаграммы работы преобразователя с выбранным шагом съема информации /для примера выбраны шаг съема информации равный 8, а число штрихов на штриховой дорожке равно 40/.

Устройство работает следующим образом.

При вращении диска 1 и работе осветителей 4-7 фотоприемники 13 и 14 генерируют импульсы тока с частотой 1 имп/об, а фотоприемники 12 и 15 генерируют импульсы тока с частотой N имп/об, где N равно числу штрихов на штриховой дорожке 2 диска 1. В компараторах 16-19 эти импульсы усиливаются до напряжения срабатывания логических схем. При срабатывании блока 59 пуска на его выходе появляется короткий импульс, обнуляющий триггеры 22, 26, 29 и 46, счетчики-дешифраторы 24 и 54, счетчики 28, 47 и 49, блок 53 вычислений. С этого момента нулевой потенциал с выхода Q триггера 22 по первому входу закрывает элемент И 23, а положительный потенциал с выхода триггера 26 открывает по второму входу элемент И 20. При пересечении опорным штрихом 3 линии начального направления отсчет угла импульс тока с фотоприемника 13 попадает на вход компаратора 17, а с его выхода на первый вход открытого элемента И 20, через который попадает на вход J триггера 22 и вход элемента ИЛИ 21, через который он попадает на вход триггера 22, который срабатывает по заднему фронту этого импульса и выходным положительным потенциалом открывает по первому входу элемент И 23. Последующие штрихи штриховой дорожки 2, пересекая линию начального направления отсчета угла, вызывают импульсы тока на выходе фотоприемника 12, которые попадают на вход компаратора 16, а с его выхода на второй вход открытого элемента И 23, с выхода которого на вход С счетчика-дешифратора 24, а с его выхода на вход знакового индикатора 25. Запись импульсов с фотоприемника 12, усиленных компаратором 16, через открытый элемент И 23 в счетчик-дешифратор 24 происходит до момента пересечения опорным штрихом 3 линии конечного направления отсчета угла, при котором фотоприемник 14 генерирует импульс тока, попадающий на вход компаратора 18, а с его выхода на вход К триггера 22 и второй вход элемента ИЛИ 21, с выхода которого он попадает на вход триггера 22, вызывает его срабатывание, при этом нулевой потенциал с выхода Q триггера 22 закрывает по первому входу элемент И 23, заканчивая ГО и вызывая срабатывание триггера 26, с выхода которого нулевой потенциал закрывает по второму входу элемент И 20, исключая возможность повторного включения ГО. С этого момента знаковый индикатор 25 высчитывает значение величины угла ГО.

В канале точного отсчета /ТО/ после операции обнуления с выхода триггера 29 положительный потенциал открывает по второму входу элемент И 27, на выходе которого при отсутствии положительного сигнала с компаратора 17 установлено нулевое напряжение, которое подается на второй вход элемента ИЛИ 30. Счетчик 28 имеет входы для записи предварительных данных, в которые записано число на единицу меньше, чем выбранный шаг съема информации /например, при шаге 8 на входы записано число 7, т.е. в двоичном коде 0111, а выходной сигнал со счетчика 28 снимается с четвертого разряда/. С выхода счетчика 28 нулевой потенциал подается на вход триггера 29 и первый вход элемента ИЛИ 30, с выхода которого нулевой потенциал подается на первый вход элемента И 33, закрывая его, и на второй вход элемента И 32, запрещая прохождение заполняющих импульсов с постоянно работающего генератора 31 на первые входы элементов И 34 и 35 и вход триггера 36 со счетным входом. В момент поступления импульсов с выхода компаратора 17 на первый вход элемента И 27 положительный потенциал с его выхода поступает на вход счетчика 28 и на второй вход элемента ИЛИ 30, а с его выхода на второй вход элемента И 32, открывая его для прохождения заполняющих импульсов с генератора 31.

По окончании импульса с выхода компаратора 17 по его заднему фронту срабатывает счетчик 28 и на выходе Q появляется положительный потенциал, который держится до прихода в счетчик 16-го импульса, считая и количество импульсов предварительной записи. Таким образом, положительный потенциал на выходе элемента ИЛИ 30 держится с момента прихода переднего фронта первого импульса после обнуления и до прихода заднего фронта 9 импульса, соответствующего выбранному количеству оборотов диска 1 в одном цикле измерения ТО. При открытом элементе И 32 заполняющие импульсы с выхода генератора 31 попадают на первые входы элементов И 34 и 35, а через триггер 36 заполняющие импульсы с вдвое уменьшенной частотой попадают на первые входы элементов И 37, 38. При появлении сигнала на выходе компаратора 16 он через элемент НЕ 38 закроет по второму входу элемент И 34 и по второму входу откроет элемент И 37 для прохождения вдвое уменьшенной частоты заполнения импульсов с выхода триггера 36 через элемент И 37 и через элемент ИЛИ 57 на первый вход элемента И 52.

По окончании импульса с компаратора 16 элемент НЕ 38 открывает по второму входу элемент И 34 для прохождения заполняющих импульсов с генератора 31 через первый вход элемента И 32, через первый вход элемента И 34, через первый вход элемента ИЛИ 57, на первый вход элемента И 52. При новом появлении импульса на выходе компаратора 16 заполняющая частота на первом входе элемента И 52 будет вновь уменьшенной. Одновременно положительный сигнал с выхода компаратора 16 попадает на первый вход элемента ИЛИ 39, а с его выхода на второй вход элемента И 38, открывая его, и на вход элемента НЕ 42, с выхода которого нулевой потенциал попадает на второй вход элемента И 35, закрывая его.

Одновременно передний фронт сигнала и компаратора 16 по входу R ставит триггер 40 в положение высокого потенциала на его выходе , который попадает на второй вход элемента ИЛИ 41, а с его выхода на третьи входы элементов И 38 и 35. Таким образом, на время присутствия сигнала с компаратора 16 открыт элемент И 38, через который проходят импульсы с вдвое уменьшенной заполняющей частотой с выхода триггера 36 через элемент И 38 на первый вход элемента ИЛИ 58, а с его выхода на первый вход элемента И 56. По окончании импульса с компаратора 16 на его выходе появляется нулевой потенциал, который через первый вход элемента ИЛИ 39 попадает на второй вход элемента И 38, закрывая его, а пройдя через элемент НЕ 42 и превратившись в высокий потенциал, он по второму входу открывает элемент И 35, через который по первому входу заполняющие импульсы попадают на второй вход элемента ИЛИ 58, с выхода которого они попадают на второй вход элемента И 56.

При появлении положительного импульса на выходе компаратора 19 он по второму входу элемента ИЛИ 39 попадает на его выход и второй вход элемента И 38, переводя его в открытое состояние, и одновременно попадает на вход элемента НЕ 42, с выхода которого нулевой потенциал попадает на второй вход элемента И 35, закрывая его. Одновременно передний фронт импульса с компаратора 19 по входу S заставляет сработать триггер 40, на выходе Q которого появляется нулевой потенциал, попадающий на второй вход элемента ИЛИ 41. Одновременно положительный импульс с выхода компаратора 19 проходит на первый вход элемента ИЛИ 41, а с его выхода на третьи входы элементов И 35, 38, поддерживая элемент И 38 в открытом состоянии. В этот момент заполняющие импульсы с выхода триггера 36 через элементы И 38, ИЛИ 58 попадают на первый вход элемента И 56. С момента окончания импульса с компаратора 19 и до появления импульса с компаратора 16 оба элемента И 35 и 38 закрыты.

Формирование шага съема информации осуществляется путем деления штриховых импульсов в счетчиках на выбранное число и выделения при помощи дешифраторов 48, 50 одного межштрихового интервала в каждом шаге. На фиг. 7 для примера рассмотрена работа преобразователя с дорожкой 2 из 40 штрихов и с шагом съема информации равным 8. Последовательность съема информации со всех межштриховых углов за несколько оборотов диска 1 с выбранным шагом съема информации осуществляется путем запрета прохождения в счетчики импульсов от штриха, совпадающего с опорным, во время всех оборотов диска 1 за исключением первого. На время появления положительного потенциала на выходе элемента ИЛИ 30 он открывает по первому входу элемент И 33 для прохождения штриховых импульсов с выхода компаратора 16 на первый вход элемента ИЛИ 45. Через элемент И 33 проходят все импульсы с компаратора 16 за исключением тех, что совпадают с импульсами с компаратора 17, т.е. от штриха, совпадающего с опорным. Запрет осуществляется в элементе И 33 путем подачи нулевого потенциала на его третий вход с элемента НЕ 44 на время прихода импульса с компаратора 17. Импульс, соответствующий первому штриху /т.е. опорному/, в первый оборот диска 1 проходит с компаратора 17 через первый вход открытого элемента И 43, а с его выхода на второй вход элемента ИЛИ 45 и одновременно на вход триггера 46, который срабатывает от заднего фронта этого импульса и своим выходным потенциалом закрывает по второму входу элемент И 43 для прохождения через него последующих импульсов.

Последующие импульсы с компаратора 16, за исключением совпадающих с опорным, проходят через элемент И 33 на первый вход элемента ИЛИ 45, а с его выхода на вход счетчика 47, работающего по переднему фронту импульса. Выходы счетчика 47 соединены с входами дешифратора 48, на выходе которого появляется положительный потенциал, соответствующий по времени интервалу от прихода переднего фронта первого /после обнуления/ импульса и до прихода переднего фронта второго импульса. Следующий импульс на выходе дешифратора 48 будет соответствовать первому импульсу в следующем шаге съема информации. На фиг. 7 этот интервал между 9-м и 10-м штриховыми импульсами. Импульсы с выхода дешифратора 48 поступают на первый вход элемент ИЛИ 51 и на второй вход элемента И 56, на выходе которого появляется пачка импульсов, число которых соответствует числу импульсов, прошедших с генератора 31 заполняющих импульсов за промежуток времени между двумя последовательными прохождениями в единичном замере центрами штрихов линии НН и КН отсчета угла.

Эти пачки импульсов, соответствующие углу Δα, обозначены через n_Δα. Штриховой импульс с выхода элемента ИЛИ 45 одновременно поступает на элемент НЕ 46, а с его выхода на вход счетчика 49, работающего по переднему фронту положительного импульса. Выходы счетчика 49 соединены с адресными входами дешифратора 50, на выходе которого появляется положительный импульс, соответствующий по времени интервалу от прихода заднего фронта первого штрихового импульса /после обнуления/ до прихода заднего фронта второго импульса. Следующий импульс на выходе дешифратора 50 будет соответствовать интервалу между первым и вторым штриховыми импульсами в следующем шаге съема информации. С выхода дешифратора 50 импульс поступает на второй вход элемента ИЛИ 51, с выхода которого импульс, длительностью от переднего фронта первого импульса до заднего фронта второго импульса, поступает на третий выход блока 53 вычислений и второй вход элемента И 52, на выходе которого появится пачка импульсов, число которых соответствует числу импульсов, прошедших с генератора 31 импульсов за промежуток времени между прохождениями в единичном замере центрами последовательности штриховых импульсов линии НН. Эти пачки импульсов, соответствующие межштриховому углу v /фиг.5/ обозначены через n_м.

Работа блока 53 вычислений, структурная схема которого представлена на фиг. 3, начинается с общего для всего преобразователя угол-код обнуляющего импульса, приходящего на четвертый вход блока вычислений. Этот короткий импульс приходит на второй вход элемента ИЛИ 63 и с его выхода поступает на вторые установочные входы счетчиков 69 и 70. Одновременно с четвертого входа обнуляющий импульс приходит на второй установочный вход счетчика- делителя 78 и на вход элемента 68 задержки, с выхода которого задержанный импульс поступает на второй вход элемента ИЛИ 64 и на первый вход элемента ИЛИ 65, с выхода которого поступает на второй установочный вход счетчика 72. С выхода элемента ИЛИ 64 импульс попадает на второй установочный вход счетчика 71 и на вторые тактовые входы регистров памяти 76 и 77, вызывая перезапись информации с выходов уже обнуленных счетчиков 69 и 70 в регистры 76 и 77, что эквивалентно их обнулению. С этого момента коды, подаваемые с выходов счетчика 71 и регистра 76 памяти на первые и вторые входы элемента 74 сравнения кодов, равны и на его выходе устанавливается нулевой потенциал, который по второму входу закрывает элемент И 73, запрещая прохождение импульсов с генератора 66 импульсов на первые счетные входы счетчиков 71 и 72.

Последовательное нахождение отношений n_Δα к n_м происходит следующим образом.

На первый вход блока 53 вычисления поступает первая пачка импульсов n_Δα, которая по первому счетному входу записывается в счетчике 69, на второй вход блока вычислений поступает первая пачка импульсов n_m, которая по первому счетному входу записывается в счетчике 70, а на третий вход блока 53 вычислений поступает положительный импульс с выхода элемента ИЛИ 51, задний фронт которого соответствует времени окончания пачки импульсов n_м. От заднего фронта этого импульса срабатывает формирователь 61, на выходе которого появляется короткий положительный импульс, который по первому входу элемента ИЛИ 64 проходит на его выход, на второй установочный вход счетчика 71, обнуляя его, и на вторые тактовые входы регистров 76 и 77 памяти, вызывая перезапись в них информации соответственно со счетчиков 69 и 70. Этот же импульс с выхода формирователя 61, задержанный по времени в элементе 67 задержки, поступает на первый вход элемента ИЛИ 63, а с его выхода на вторые установочные входы счетчиков 69 и 70, вызывая их обнуление, т.е. подготавливая их к приему следующих пачек импульсов n_Δα и n_м. После записи информации о числе импульсов в пачке n_Δα в регистр 76 памяти и обнуления счетчика 71 элемент 74 сравнения кодов обнаруживает неравенство кодов на своих входах 1 и 2 и на его выходе появляется положительный потенциал, который поступает на второй вход элемента И 73, открывая его для прохождения заполняющих импульсов с генератора 66 на первые счетные входы счетчиков 71 и 72.

Так как отношение импульсов n_Δα к n_м всегда меньше единицы, то для того, чтобы выполнить операцию деления и не исказить при делении информацию о величине измеряемого угла, необходимо умножить записанное в регистр 76 памяти число импульсов n_Δα на постоянное число, несколько большее, чем число n_m. Если число n_m не превосходит величину 2^k, то надо домножить число n_Δα, записанное в регистр 76 памяти, на величину 2^k, для чего достаточно со стороны младшего разряда увеличить число выходов в регистре памяти 75 на количество К, причем на этих выходах должно быть постоянно установлено нулевое напряжение, т. е. они должны быть заземлены. Таким образом, элемент И 73 будет пропускать импульсы от генератора 66 на счетчики 71 и 72 до момента, пока в счетчики 71 запишется число n_Δα•2^к, что вызовет на выходе элемента 74 сравнения кодов нулевой потенциал, закрывающий по второму входу элемент И 73. Одновременно импульсы, поступающие на первый счетный вход счетчика 72, заполняют его до момента равенства кодов n_м, записанного в регистре 77 памяти, и текущего значения в счетчике 72, при котором на выходе элемента 75 сравнения кодов меняется напряжение с положительного на нулевое, что вызывает срабатывание формирователя 62, выходной короткий импульс которого по первому входу записывается в счетчик-делитель 78 и одновременно через второй вход элемента ИЛИ 65 по второму установочному входу обнуляет счетчик 72. Импульсы, продолжающие поступать на первый вход счетчика 72, снова записываются в него до момента нового равенства кодов регистра 77 памяти и текущего значения кода в счетчике 72. В момент нового равенства кодов снова срабатывает формирователь 62 и его выходной импульс снова запишется в счетчик-делитель 78 и одновременно обнулит счетчик 72. Таких записей в счетчик-делитель 78 и обнулений счетчика 72 будет столько, во сколько раз число n_Δα•2^к больше числа n_м. Таким образом, осуществляется процесс деления, который должен уложиться в момент времени от окончания записи импульсов n_м в том же счетчике 70. При поступлении следующих пачек импульсов n_Δα и n_м процесс деления n_Δα на n_м продолжается. Одновременно в счетчике-делителе 78 происходит суммирование отношений n_Δα к n_м.

Выбор коэффициента деления счетчика-делителя 78 производится с учетом ожидаемой минимальной погрешности результатов измерения угла в точном отсчете. Если в единичном замере угловая величина, приходящая на один импульс в пачках n_Δα и n_м, равна 360^o/N•n_м, а после операции деления равна 360^o/N•2^k и погрешность измерения угла после операции осреднения предполагается в m раз меньше, чем в единичном замере, то коэффициент деления счетчиком-делителем 78, учитывая, что n_мприблизительно 2^k, должен быть в m раз меньше, чем количество отношений n_Δα к n_м, принятых в обработку блоком 53 вычислений.

Таким образом, угловая цена каждого импульса, поступающего из блока 53 вычислений в счетчик-дешифратор 54, составляет 360^o/N•2^k•m что соответствует измерению угла с ожидаемой уменьшенной погрешностью. Измеряемый угол в точном отсчете определяется произведением числа импульсов, записанных в знаковом индикаторе 55 точного отсчета, на угловую цену одного импульса, т.е.

где
Δα угол, замеряемый в точном отсчете;
f показания знакового индикатора 55 в точном отсчете;
N число штрихов на штриховой дорожке 2 диска 1;
2ки

Замеряемый угол α есть сумма замеров грубого и точного отсчетов и равен
a = Φ•n+Δα
где
a замеряемый угол;
v угловая цена межштрихового угла:
n показание знакового индикатора 25 грубого отсчета;
Da угол, замеренный в точном отсчете.

По сравнению с прототипом предложенное техническое решение обладает повышенной точностью. Погрешность измерения угла в предлагаемом преобразователе не превосходит 0,3''.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения углов, в частности в астрономических инструментах. Технический результат заключается в уменьшении погрешности преобразователя угла поворота вала в код, для чего в известный преобразователь, содержащий кодовый элемент, четыре чувствительных элемента, четыре компаратора, восемь элементов И, шесть триггеров, генератор импульсов, блок вычислений, счетчик, два счетчика-дешифратора, два знаковых индикатора и блок пуска, введены четыре элемента И, восемь элементов ИЛИ, четыре элемента НЕ, счетчик с предустановкой, второй счетчик и два дешифратора. В преобразователе за первый оборот кодового элемента осуществляется грубый отсчет, а за несколько последующих оборотов - точный отсчет, который производится столько раз, сколько штрихов на штриховой дорожке кодового элемента, после чего в вычислительном блоке производится осреднение результатов измерения точного отсчета. Измеряемый угол вычисляется как сумма углов грубого и точного отсчетов. 7 ил.

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий установленный на валу двигателя кодовый элемент с равномерной штриховой кодовой дорожкой, один из штрихов которой удлинен и является опорным элементом, неподвижные первый и второй чувствительные элементы, подвижные третий и четвертый чувствительные элементы, четыре компаратора, восемь элементов И, шесть триггеров, генератор импульсов, блок вычислений с первым четвертым входами, первый счетчик, два счетчика-дешифратора, два знаковых индикатора и блок пуска, выходы первого и второго чувствительных элементов соединены соответственно с входами первого и второго компараторов, выходы третьего и четвертого чувствительных элементов соединены соответственно с входами третьего и четвертого компараторов, первый и третий чувствительные элементы сопряжены с опорным элементом, а второй и четвертый чувствительные элементы сопряжены со штриховой дорожкой кодового элемента, выход первого компаратора соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выход первого элемента И соединен с J-входом первого триггера, Q-выход которого соединен с входом второго триггера и первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с С-входом первого счетчика-дешифратора, выходы которого соединены с входами первого знакового индикатора, выход второго триггера соединен с вторым входом первого элемента И, выход второго компаратора соединен с вторым входом третьего элемента И R-входом третьего триггера, выход третьего компаратора соединен с входом К первого триггера, выход четвертого компаратора соединен с S-входом третьего триггера, выход четвертого триггера соединен с вторым входом второго элемента И, выход генератора импульсов соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с первыми входами пятого и шестого элементов И, выход пятого триггера соединен с первыми входами седьмого и восьмого элементов И, выход блока вычислений соединен с С-входом второго счетчика-дешифратора, выходы которого соединены с входами второго знакового индикатора, выход блока пуска соединен с R-входами первого, второго, четвертого и шестого триггеров, первого и второго счетчиков-дешифраторов, первого счетчика и четвертым входом блока вычислений, отличающийся тем, что в него введены четыре элемента И, восемь элементов ИЛИ, четыре элемента НЕ, счетчик с предустановкой, второй счетчик и два дешифратора, выход первого элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход третьего компаратора соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом первого триггера, выход второго элемента И соединен с входом счетчика с предустановокой и первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом четвертого и первым входом девятого элементов, Q-выход счетчика с предустановкой соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ и с входом четвертого триггера, выход четвертого элемента И соединен с входом пятого триггера, выход второго компаратора соединен с входом первого элемента НЕ, вторым входом седьмого элемента И, первым входом третьего элемента ИЛИ и вторым входом девятого элемента И, выход первого элемента НЕ соединен с вторым входом пятого элемента И, выход четвертого компаратора соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ и первым входом четвертого элемента ИЛИ, выход третьего элемента ИЛИ соединен с вторым входом восьмого элемента И и входом второго элемента НЕ, выход которого соединен с вторым входом шестого элемента И, -выход третьего триггера соединен с вторым входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого соединен с третьими входами шестого и восьмого элементов И, выход первого компаратора соединен с первым входом десятого элемента И и с входом третьего элемента НЕ, выход которого соединен с третьим входом девятого элемента И, выход которого соединен с первым входом пятого элемента ИЛИ, выход десятого элемента И соединен с вторым входом пятого элемента ИЛИ и входом шестого триггера, выход которого соединен с вторым входом десятого элемента И, выход пятого элемента И и выход седьмого элемента И соединены соответственно с первым и вторым входами шестого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом одиннадцатого элемента И, выход которого соединен с вторым входом блока вычислений, выход восьмого элемента И и выход шестого элемента И соединены соответственно с первым и вторым входами седьмого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом двенадцатого элемента И, выход которого соединен с первым входом блока вычислений, выход пятого элемента ИЛИ соединен с входом четвертого элемента НЕ и с С-входом первого счетчика, выходы которого соединены с входами первого дешифратора, выход которого соединен с вторым входом двенадцатого элемента И и первым входом восьмого элемента ИЛИ, выход четвертого элемента НЕ соединен с С-входом второго счетчика, выходы которого соединены с входами второго дешифратора, выход которого соединен с вторым входом восьмого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом одиннадцатого элемента И и третьим входом блока вычислений, выход блока пуска соединен с входами R счетчика с предустановкой и второго счетчика.