ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД Российский патент 2006 года по МПК H03M1/24 

Изобретение относится к системам автоматического контроля, а именно к преобразователям угла поворота вала в код.

Прототипом принят "Преобразователь угла поворота вала в код" [1], содержащий задающий генератор, делитель частоты, телевизионную передающую трубку грубого отсчета, ее блок круговой развертки, импульсный усилитель и первый ключ, телевизионную передающую трубку точного отсчета, ее блок круговой развертки, импульсный усилитель и второй ключ, первый и второй оптические датчики утла поворота, счетчик грубого отсчета и счетчик точного отсчета, блок элементов И, счетчик полных оборотов и блок записи, редуктор и входной вал. Недостатки прототипа: сложность устройства из-за применения двух телевизионных передающих трубок с блоками круговой развертки и недостаточная точность измерения ±0,5 угл. минуты.

Цель изобретения - упрощение преобразователя угол - код и повышение точности измерения.

Техническим результатом заявляемого преобразователя являются повышение точности измерений угла поворота ±0,75 угл. и упрощение его, достигаемое введением в преобразователь компакт-диска /КД/ с выполненной на нем измерительной шкалой, оптикомеханического блока /ОМБ/ считывания, контроллера управления, четвертого счетчика импульсов и трех дешифраторов. При измерении угла поворота используется "нулевой метод сравнения с мерой", в качестве меры используются деления измерительной шкалы, нанесенные на концентрической окружности КД. Основу заявляемого преобразователя составляет КД, на который по известной и отработанной технологии [2, с.64] сигналом меандра на концентрическую дорожку наносится измерительная шкала. Диаметр дорожки принят 95,54 мм, длина шкалы составляет 3,14×95,54 мм = 299,9956 мм. Длина принимается 300 мм. Измерительная шкала состоит из чередований углублений-питов и промежутков между ними [3, c.10], которые при меандре равны по величине. Последовательность питов и промежутков представляет измерительную шкалу. Переход от пита к промежутку при вращении КД снимается счетным импульсом как единица. При номинальном размере пита на КД 0,87 мкм [4, с.109] и таким же промежутком число делений на измерительной шкале составляет

Передаточное число используемого редуктора принимается 1:10 Один оборот КД составляет 36°/360°:10/ или 129600 угловых секунд. Одна угловая секунда составляет

Измерение угла поворота /или число оборотов/ производится в единицу времени: за 1 секунду или за 1 минуту.

Сущность изобретения в том, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий задающий генератор и делитель частоты, импульсный усилитель и ключ, три счетчика импульсов и редуктор с входным валом, введены четвертым счетчик импульсов, три дешифратора, компакт-диск с механизмом вращения, оптикомеханический блок, контроллер управлений и блок установки интервала измерения.

Функциональная схема преобразователя изображена на фиг.1, сигнал меандра - на фиг.2.

Преобразователь угла поворота вала в код /фиг.1/ включает последовательно соединенные задающий генератор 1, делитель 2 частоты, блок 3 установки интервала измерения, ключ 4, первый счетчик 5 импульсов, первый дешифратор 6, второй счетчик 7 импульсов, второй дешифратор 8, третий счетчик 9 импульсов, третий дешифратор 10 и четвертый счетчик 11 импульсов, включает компакт-диск 12 с механизмом вращения, оптикомеханический блок 13, контроллер 14 управления и импульсный усилитель 15. Блок 3 установки интервала измерения включает последовательно соединенные счетчик 16 импульсов и дешифратор 17 и переключатель 18. Узел вращения КД 12 состоит из механизма вращения, применяемого в проигрывателях КД, и прецизионного редуктора 1:10 с входным валом, который соединяется с валом исследуемого объекта вращения. В процессе измерения КД 12 вращается, считывание импульсов производит оптикомеханический блок 13 /ОМБ/, в котором лазерный луч направляется на единственную дорожку измерительной шкалы и отражается обратно, производя считывание питов [2, с.66]. Механизм вращения КД 12, ОМБ 13 и контроллер 14 управления идентичны используемым в лазерных проигрывателях КД /ДД/. ОМБ 13 считывает импульсы с КД 12 и формирует сигналы ошибки: отклонения луча лазера от дорожки измерительной шкалы и расфокусировки луча лазера. Сигналы ошибки поступают в контроллер 14 управления, который вырабатывает сигналы исправления ошибок и подает их на исполнительные механизмы в ОМБ 13 [2, с.66]. С выхода ОМБ 13 импульсы поступают в импульсный усилитель 15, с выхода которого после формирования по амплитуде и длительности импульсы поступают на сигнальный вход ключа 4. Измерение угла поворота исследуемого объекта производится в единицу времени: за 1 секунду или за 1 минуту. Задает временной интервал блок 3, открывающий ключ 4 сигналом U_от с выхода 1 дешифратора 17 и закрывающий ключ 4 сигналом U_з с выхода 2 или 3 дешифратора 17. С задающего генератора 1 импульсы соответствующей частоты поступают в делитель 2 частоты, с выхода которого импульсы частотой 1 Гц поступают на счетным вход счетчика 16 импульсов, имеющий шесть разрядов. Дешифратор 17 дешифрирует три кода: 000001, 000010 и 111100. При коде 000001 с выхода 1 следует сигнал U_от, открывающий ключ 4, при коде 000010 с выхода 2 следует сигнал U_з, закрывающий ключ 4 и определяющий интервал измерения 1 секунду, при коде 111100 следует сигнал U_з с выхода 3 дешифратора 17, закрывающий ключ 4 и определяющий интервал измерения 1 минуту. Первый счетчик 5 импульсов производит счет максимально 80 импульсов /1,33 дел×60'' угл./, диапазон измерения угла поворота 0''-60'' угл. сформирует коды от 0000001 до 1010000. Код 1010000 дешифрируется дешифратором 6, и с его выхода следует счетный импульс на вход второго счетчика 7 импульсов, он же как сигнал U_о поступает на первый управляющий вход счетчика 5, обнуляя его для следующего счета. Второй счетчик 7 импульсов производит счет импульсов в диапазоне углов 1'-60' угл., формируя коды от 000001 до 111100. Код 111100 дешифрируется дешифратором 8, и с его выхода следует счетный импульс в третий счетчик 9 импульсов, он же обнуляет счетчик 7 импульсов. Счетчик 9 импульсов производит счет импульсов с дешифратора 8 в диапазоне углов от 1° до 360°, формируя коды от 000000001 до 101101000. При коде 360° третий дешифратор 10 дешифрирует код 101101000, и с его выхода следует счетный импульс в счетчик 11 импульсов, который производит счет полных оборотов с 1 по 10000, формируя коды с 00000000000001 по 10011100010000. Абсолютная погрешность измерения угла соответствует погрешности дискретизации и составляет ±0,75'' угл.

Работа преобразователя.

Входной вал редуктора соединяется с соответствующим элементом вращения исследуемого объекта. Переключателем 18 задается интервал измерения: при интервале измерения в 1 секунду второй управляющий вход ключа 4 подключается к выходу 2 дешифратора 17, при интервале измерения за 1 минуту второй управляющий вход ключа 4 подключается к выходу 3 дешифратора 17. С выхода делителя 2 частоты импульсы 1 Гц поступают в счетчик 16 импульсов. При поступлении на вход дешифратора 17 кода 000001 о выхода 1 сигнал U_от открывает ключ 4. Счетные импульсы с импульсного усилителя 15 поступают в счетчик 5 импульсов, формирующий коды в диапазоне углов 1''-60'' угл. При значении угла 60'' угл. дешифратор 6 выдает счетный импульс в счетчик 7 импульсов и обнуляет счетчик 5 импульсов. Счетчик 7 нормирует коды в диапазоне углов 1'-6'' угл. Код 111100 /60'/ дешифрируется дешифратором 8 и выдает счетный импульс в счетчик 9 импульсов, ведущий счет импульсов в диапазоне углов 1°-360°, код 360° /101101000/ дешифрируется дешифратором 10, и счетный импульс с него поступает в четвертый счетчик 11 импульсов, разрядность которого задается числом считываемых оборотов. При измерении 10000 оборотов максимальный код соответствует 10011100010000, т.e. 14 разрядов. Абсолютная погрешность измерения ±0,75'' угл., систематическая погрешность определится точностью исполнения редуктора /сведение к минимуму мертвых ходов в механизме вращения/.

Заявляемый преобразователь угла поворота вала в код может использоваться для измерения угловых перемещений в диапазоне от 1'' угл. до /1...10000/×360°.

Использованные источники

1. Авт. свидетельство №881807, кл. G 08 С, бюл.42, 1981, прототип.

2. В.М.Колесников. Лазерная звукозапись и цифровое радиовещание. М., 1991, с.64-66.

3. С.Н.Липатов. Я люблю создавать и копировать видеодиски. М., 2004, с.10.

4. В.И.Щербина. Цифровая звукозапись. М., 1989, с.109, 117.

Изобретение относится к системам автоматического контроля, а именно к преобразователям угла поворота вала в код. Техническим результатом является повышение точности. Устройство содержит компакт-диск с измерительной шкалой, оптикомеханический блок, контроллер управления, импульсный усилитель, задающий генератор, делитель частоты, блок установки интервала измерения, переключатель, ключ, счетчики импульсов, дешифраторы. 2 ил.

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий последовательно соединенные задающий генератор и делитель частоты, последовательно соединенные импульсный усилитель, ключ и первый счетчик импульсов, второй и третий счетчики импульсов, и редуктор с входным валом, отличающийся тем, что в него введены компакт-диск с механизмом вращения, оптикомеханический блок, предназначенный для считывания импульсов и формирования сигналов ошибки отклонения луча лазера, котроллер управления, предназначенный для выработки сигналов исправления ошибок, первый, второй и третий дешифраторы, четвертый счетчик импульсов, входы первого дешифратора подключены к выходам первого счетчика импульсов, выход его подключен к входу второго счетчика импульсов и к первому управляющему входу первого счетчика импульсов, входы второго дешифратора подключены к выходам второго счетчика импульсов, а выход его подключен к входу третьего счетчика импульсов и к первому управляющему входу второго счетчика импульсов, входы третьего дешифратора подключены к выходам третьего счетчика импульсов, а выход его подключен к входу четвертого счетчика импульсов и к первому управляющему входу третьего счетчика импульсов, вторые управляющие входы счетчиков импульсов объединены и подключены ко второму управляющему входу ключа, излучающий выход оптикомеханического блока оптически соединен с измерительной шкалой компакт-диска, вход импульсного усилителя подключен к первому выходу оптикомеханического блока, второй выход и вход которого подключены соответственно к входу и выходу контроллера управления, механизм вращения компакт-диска через редуктор связан с входным валом, также введен блок установки интервала измерения, содержащий последовательно соединенные счетчик импульсов и дешифратор, вход счетчика импульсов подключен к выходу делителя частоты, его управляющий вход подключен ко второму управляющему входу ключа, первый выход дешифратора подключен к первому управляющему входу ключа, второй и третий выходы дешифратора, в зависимости от заданного интервала измерения, через переключатель подключаются ко второму управляющему входу ключа, информационными выходами преобразователя угла поворота вала в код являются выходы первого÷четвертого счетчиков импульсов.