УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И ИНДИКАЦИИ ВЕЛИЧИНЫ УГЛА ПОЛОЖЕНИЯ ВАЛА Российский патент 2004 года по МПК H03M1/28 

Изобретение относится к вычислительной технике и системе отображении информации.

Устройство для измерения и индикации величины угла положения вала может найти применение во всех приборах и приспособлениях, в которых информация о величине угла положения вала (и о других неэлектрических и электрических величинах) преобразуется в приемлемую для восприятия человеком десятичную (двенадцатиричную) систему исчисления, отображаемую на индикаторах с наименьшими технологическими затратами и габаритными размерами.

Наибольшее применение для измерения угловых размеров получили методы, использующие реостатные преобразователи. Однако в последние годы все чаще используются дискретные преобразователи - кодовые диски, возникновение и развитие которых прежде всего обусловлено потребностями более точного измерения угловых размеров, например, в прецезионных станках, технике автоматического наведения на цель ракет и снарядов и т.д. Так, уже при использовании двух кодовых дисков с шестиразрядным двоичным кодом, связанных между собой через редуктор с передаточным отношением 1:64 (так называемые системы "грубого" и "точного" отсчета), обеспечивается отсчет 12-и двоичных разрядов (т.е. полное число уровней квантования измеряемой величины угла равно 2¹²=4096). Достигаемый порог чувствительности при этом достаточен для решения многих задач /1/.

Известно, что в настоящее время для преобразования величины угла положения вала в число применяется чаще всего схема, представленная на фиг.1,а. Угол поворота вала в этой схеме является входной величиной для кодового диска, с ламелей которого выходная величина в виде двоичного рефлексного кода /2/ или двоично-десятичного кода Грея /3/ поступает на информационные входы преобразователя. Преобразователь кода вводится в схему устройства измерения и индикации величины угла положения вала с целью преобразования выходной величины кодового диска в семипозиционный двоично-десятичный код (фиг.2), отображение которого на семисегментном индикаторе /4/ представляет собой величину угла положения вала в десятичной, привычной для нас, арабской системе исчисления (фиг.7,а - индикатор). Без преобразователя кода здесь не обойтись, т.к. ни код Грея, ни иной четырехразрядный код, применяемые для преобразования величины угла положения вала (или других неэлектрических и электрических величин), не могут быть непосредственно представлены на индикаторе в удобной для прочтения десятичной форме отображения.

Применяемые чаще всего для измерения величины угла положения вала двоичный рефлексный код и двоично-десятичный код Грея (фиг.3) обладают следующим свойством: кодовые комбинации в них так распределены по уровням квантования, что при переходе с любого уровня на соседний (или при переходе от одной комбинации непосредственно к следующей) изменение в кодовой комбинации ("0"-"1" или "1"-"0") происходит только в одном разряде. Этим свойством обеспечивается преобразование кодовой информации о величине угла в число с наименьшими помехами. Но при преобразовании, например, двоичного рефлексного кода в привычную для нас десятичную информацию появляются такие сложности, "...что часто предпочитают им нормальные двоичные коды, предусматривая дополнительные меры при конструировании считывающего устройства" /2/. И чем больше разрядов в этом коде, тем сложнее преобразование. К тому же величина измеряемого угла при применении двоичного рефлексного кода должна быть меньше 360°, чтобы кодовый диск вала совершал лишь “маятниковое” движение, не переходя в движение круговое. Приближаясь к максимальному (360°) или минимальному (0°) значению измеряемой величины угла, кодовый диск вала должен изменить направление вращения. Если же кодовый диск вала не изменяет направления вращения при переходе от максимального значения измеряемой величины к минимальному ее значению при вращении диска вала в одном направлении или от минимального значения измеряемой величины к максимальному при вращении вала в противоположном направлении, изменение в кодовых комбинациях будет происходить более чем в одном разряде. Это может вызывать большую вероятность появления необнаруженных ошибок в измерениях.

Такие же ошибки могут возникнуть и при применении двоично-десятичного кода Грея, если величина измеряемого угла (360°) будет содержать число уровней квантования, отличное от 2 и 10.

Целью предлагаемого изобретения является расширение границ величины измеряемого угла в пределах 360°-0°-360°, снятие ограничения на движение вала при возможности деления кодового диска вала на любое число уровней квантования, увеличение помехоустойчивости кода, исключение из схемы преобразователя кода, уменьшение затрат на изготовление и уменьшение габаритных размеров устройств для измерения и индикации физических величин, удобство отслеживания оператором измеряемой величины по индикатору.

Указанная цель достигается тем, что вместо общеизвестных кодов (двоичного рефлексного и кода Грея), применяемых для преобразования величины угла положения вала в число, предлагается использовать для кодирования диска вала и управления сегментами индикатора либо двоично-десятичный (фиг.4), либо двоично-двенадцатиричный (фиг.5) циклические кольцевые четырехрепозиционные коды с дополнительным контрольным разрядом, имеющие в любой комбинации кода четное число логических "0" и нечетное число логических "1". Наличие контрольного разряда способствует увеличению помехоустойчивости кодов и позволяет оператору однозначно определить наличие одноразовой помехи ("0"-"1" или "1"-"0") в передаваемой информации. Кодовое расстояние по Хэммингу /5/, равное 2, в этих кодах сохраняется постоянным не только при переходе от любой комбинации в каждом коде к соседней, но и при переходе от любой комбинации к нулевой (0000 1 - для двоично-десятичного кода) и к первой (1110 0 - для двоично-двенадцатиричного кода), что позволяет при кодировании диска вала предлагаемыми кодами измерять углы в пределах 360°-0°-360° при делении диска вала на любое число градаций и без ограничения движения вала. Распределение ламелей на кодовом диске в соответствии с двоично-десятичным циклическим кодом (У-10Ц) показано на фиг.6. Зажиганием сегментов индикатора управляет логический "0" (затемненные ламели), а погасанием - логическая "1" (светлые ламели).

Информация, поступающая с кодового диска вала в виде двоично-десятичного (У-10Ц) или двоично-двенадцатиричного (У-12Ц) четырехразрядного позиционного циклического кода с дополнительным контрольным разрядом без какого-либо преобразования, за исключением корректировки одной лишь комбинации (1010 1 - для двоично-десятичного и 1111 1 - для двоично-двенадцатиричного кодов), поступает на четырехсегментный индикатор с контрольной точкой. Символы, отображающие цифровую информацию о величине угла положения вала, представлены на фиг.7,б и 7,в соответственно. Рефлексно-замкнутый кольцевой способ отображения этими кодами десятичных (двенадцатиричных) чисел на индикаторе позволяет оператору лучше воспринимать цифровую информацию, когда между измеряемой величиной и символом, отображающим эту величину на индикаторе, существует функциональная связь, заключающаяся в том, что большей измеряемой величине соответствует большее число зажженных сегментов индикатора или же при равном числе зажженных сегментов индикатора при отображении меньшей и большей величин сегменты, отображающие большую величину, повернуты по часовой стрелке на угол, кратный 90° по отношению к сегментам, отображающим меньшую величину (фиг.8,а,б, фиг.9).

Изменение величины угла положения вала на единицу дискретности измеряемого угла, равное шагу квантования кодового диска, вызывает изменение на индикаторе либо числа зажженных сегментов на единицу, либо изменение угла “поворота” уже зажженных сегментов на дискретный угол в 90° (фиг.6). Для оператора это изменение более чем заметно и достаточно наглядно (поворот вала и “поворот” сегментов индикатора происходит в одну и ту же сторону).

Таким образом, каждый символ, отображающий величину угла положения вала на индикаторе, характеризуется двумя параметрами: положением сегмента (сегментов) на четырехсегментном индикаторе и числом сегментов. Это позволяет оператору быстро освоится с запоминанием непривычных пока обозначений десятичных чисел.

Передаваемая с кодового диска комбинация 1010 1, соответствующая единице десятичного кода (фиг.4), на четырехсегментном индикаторе должна бы быть отображена в виде двух вертикальных сегментов (X1, Х3) на одном знакоместе, но схемой коррекции (фиг.10,а), построенной на логических элементах 2И-НЕ, третий разряд (Х3) этой комбинации, соответствующий логическому “0”, преобразовывается (Х3*) в логическую “1”, a контрольный разряд (КР) этой комбинации, соответствующий логической “1”, преобразовывается (КР*) в логический “0” (на фиг.6 эта корректировка отображена слабым фоном ламели и контрольной точки).

В результате коррекции комбинация 1110 0 с четным числом логических “0” и нечетным числом логических “1” соответствует отображению единицы в привычной для нас арабской системе исчисления и защищена от одноразовой помехи (“1”-“0” или “0”-“1”).Схема для преобразования величины угла положения вала в число представлена на фиг.1,б. Таким же образом схемой коррекции (фиг.10,б) преобразовывается четвертая комбинация 1111 1 двоично-двенадцатиричного кода в комбинацию 0111 0 (фиг.5). Если же нет особых требований к помехозащищенности этих кодов возможно использование их без коррекции кодовых комбинаций и без контрольного разряда. В этом случае в двоично-десятичном коде (У-10) используется вторая комбинацию 1110 0 вместо 1010 1, а в двоично-двенадцатиричном коде (У-12) - четвертая комбинация 0111 0 вместо 1111 1. Эти комбинации удобны для непосредственного представления их на четырехсегментном индикаторе без какого-либо преобразования. Схема для преобразования величины угла положения вала в число в этом случае представлена на фиг.1,в. В том случае, если мы добавим к этим кодам по контрольному разряду, тогда, если даже и появится одноразовая помеха, она будет замечена оператором.

В таблице (фиг.11) представлен достаточно большой набор вариантов измерения и индикации величины угла положения вала в зависимости от требований, предъявляемых к конкретному устройству, по помехоустойчивости, по стоимости, по габаритам, по эргономическим параметрам и по удобству отслеживания информации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Электрические измерения неэлектрических величин./Под редакцией проф., д.т.н. Новицкого П.В. "Энергия". Ленинградское отделение. 1975.

2. Паслэн П. Основы цифровой вычислительной техники. М.-Л.: Госэнергоиздат. 1962.

3. Справочник по интегральным микросхемам./Под ред. Тарабрина Б.В./М.: Энергия. 1980.

4. Вуколов Н.И., Михайлов А.Н. Знакосинтезирующие индикаторы. Справочник. М.: Радио и связь. 1987.

5. Алиев Т.М., Вигдоров Д.И., Кривошеев В.П. Системы отображения информации. М.: Высшая школа. 1988.

Изобретение относится к вычислительной технике. Его использование в системах отображения информации позволяет получить технический результат в виде снятия ограничений на движение вала, увеличения помехоустойчивости кода, уменьшения габаритов устройства и повышения удобства работы оператора. Устройство для измерения и индикации величины угла положения вала содержит кодовый диск и четырёхсегментный индикатор, управляемый кодовыми комбинациями кодового диска, причём ламели-проводники и ламели-изоляторы расположены на кодовом диске так, что кодовое расстояние по Хэммингу между соседними кодовыми комбинациями равно 2 при переходе от любого уровня квантования к соседнему, а возрастание измеряемой величины на единицу десятичного или двенадцатиричного разряда вызывает либо возрастание числа зажжённых сегментов индикатора, либо поворот символьного отображения из зажжённых сегментов индикатора по часовой стрелке на 90°. Технический результат достигается благодаря тому, что расположение ламелей-проводников и ламелей-изоляторов на кодовом диске обеспечивает равенство 2 кодового расстояния по Хэммингу между любой кодовой комбинацией и нулевой кодовой комбинацией для десятичного кода или первой кодовой комбинацией для двенадцатиричного кода. При этом в устройстве обеспечивается рефлексно-замкнутый кольцевой способ отображения десятичных чисел на индикаторе. 11 ил.

Устройство для измерения и индикации величины угла положения вала, содержащее кодовый диск и четырехсегментный индикатор, управляемый кодовыми комбинациями кодового диска, причем ламели-проводники и ламели-изоляторы расположены на кодовом диске так, что кодовое расстояние по Хэммингу между соседними кодовыми комбинациями равно 2 при переходе от любого уровня квантования к соседнему, а возрастание измеряемой величины на единицу десятичного или двенадцатиричного разряда вызывает либо возрастание числа зажженных сегментов индикатора, либо поворот символьного отображения из зажженных сегментов индикатора по часовой стрелке на 90°, отличающееся тем, что расположение ламелей-проводников и ламелей-изоляторов на кодовом диске обеспечивает равенство 2 кодового расстояния по Хэммингу между любой кодовой комбинацией и нулевой кодовой комбинацией для десятичного кода или первой кодовой комбинацией для двенадцатиричного кода.