ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ-КОД Российский патент 2008 года по МПК H03M1/64 G01D5/245 G01R25/08 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах программного управления, для автоматического ввода информации в электронно-вычислительную машину (ЭВМ).

Предлагаемое изобретение предназначено для преобразования перемещения в цифровой код.

Известны преобразователи перемещения в код, содержащие фазовращатель, выход которого через нуль-орган соединен с первыми входами элементов совпадения, вторые входы которых соединены с разрядными выходами счетчика, вход которого соединен с выходом генератора импульсов [Зверев А.Е., Максимов В.П., Мясников В.А. Преобразователи угловых перемещений в цифровой код. - Л.: Энергия, 1974, с.156].

Недостатком такого устройства является невысокая точность из-за погрешностей фазовращателя, возникающих при нестабильности его параметров.

Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому устройству являются преобразователи перемещение-код с коррекцией погрешностей фазовращателя, в которых два выхода фазовращателя через фазосдвигающие элементы подключены к нуль-органам, выходы которых подсоединены к входам триггера, выход которого через ключ и фильтр низкой частоты подключен ко второму входу третьего нуль-органа, первый вход которого соединен с входом второго нуль-органа, а выход соединен с первым входом схем совпадения, вторые входы которых соединены с разрядными выходами счетчика, вход которого соединен с выходом генератора импульсов [Кутянина В.Н., Королева А.И. Преобразователь угол-код параллельного считывания с коррекцией погрешностей фазовращателя. Труды МИЭМ. Устройства и системы автоматики. Выпуск 26. М.: 1972, с.51].

Недостатками прототипа являются большое время выработки корректирующего сигнала (несколько десятков периодов питающего напряжения) и недостаточная точность работы при изменении частоты питающих напряжений и нестабильности параметров фазосдвигающих элементов.

Техническая задача, которую решает предлагаемый преобразователь, состоит в повышении точности преобразования перемещение-код и быстродействия за счет введения блоков, компенсирующих погрешности.

Техническая задача решается тем, что в преобразователь, содержащий фазовращатель с двухфазным напряжением, два выхода которого соединены с нуль-органами, первый из которых через элемент задержки, а второй непосредственно подключен к элементу ИЛИ, который подключен к счетному входу первого триггера, генератор импульсов, соединенный с входом счетчика, разрядные выходы которого соединены с первыми входами элементов совпадения, вторые входы которых соединены с формирующим элементом, предназначенным для выдачи импульса, согласно предложенному изобретению введены второй триггер, два элемента совпадения, элемент задержки, одновибратор и реверсивный счетчик, прямой выход первого триггера подсоединен к первому входу первого элемента совпадения, второй вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов, а выход - к счетному входу второго триггера, подсоединенного к входу обратного счета реверсивного счетчика, инверсный выход первого триггера подсоединен через элемент задержки к входу одновибратора, выход которого подсоединен к первому входу второго элемента совпадения, второй вход которого подсоединен к генератору импульсов, а выход - к входу прямого счета реверсивного счетчика, выход которого подсоединен к входу формирующего элемента.

По сравнению с прототипом отсутствуют погрешности преобразования перемещение-код. Также предлагаемое устройство обладает большим быстродействием по сравнению с прототипом.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема устройства.

Предлагаемый преобразователь перемещения в код содержит фазовращатель 1 с питанием двухфазным напряжением U_n1, U_n2, нуль-органы 2 и 3, элементы задержки 4 и 13, элемент ИЛИ 5, генератор 6 импульсов, счетчик 7, схемы 8, 10 и 15 совпадения, триггеры 9 и 11 со счетным входом, одновибратор 14, реверсивный счетчик 12.

Рассматриваемое устройство работает следующим образом.

Фазовращатель 1 питается напряжениями:

U_n1=U_msinωt,

где U_m, ω - соответственно амплитуда и циклическая частота напряжений.

Счетчик 7 работает непрерывно от генератора 6 импульсов. Счетчик 7 синфазируется с напряжением U_n2 таким образом, что он обнуляется в момент времени

где t_n2 - момент перехода напряжения U_n2 через ноль, он определяется из (1) при U_n2=0:

τ₁ - постоянная величина временной задержки обнуления счетчика 7 (цепь синхронизации на чертеже не показана).

Нуль-орган 2 срабатывает в момент t₁ перехода через ноль первого выходного напряжения фазовращателя

Нуль-орган 3 срабатывает в момент t₂ перехода через ноль второго выходного напряжения фазовращателя

где U_m1, U_m2, ψ₁, ψ₂ - соответственно амплитуды и начальные фазовые сдвиги выходных напряжений фазовращателя, ω - циклическая частота. При этом в общем случае (2)

где ϕ - измеряемое перемещение,

Δϕ - погрешность измерения.

Элемент задержки 4 задерживает импульс нуль-органа 2 на периода Т питающего напряжения U_n1, U_n2, т.е. с временем задержки

где Т - период питающего напряжения фазовращателя, равный

Т=2π/ω.

Триггер 9 срабатывает от импульса нуль-органа 3 в момент t₂ и возвращается в исходное состояние в момент t₃ импульсом с элемента задержки 4. Таким образом, длительность импульса на выходе триггера 9 равна

где

Из (3), (4) следует, что при U₁=U₂=0 получаем:

С учетом (5)-(10) находим, что с выхода триггера 9 снимается импульс, длительность которого пропорциональна двойной погрешности измерения:

В течение этого времени на выход 10 поступает число импульсов, равное

где T_ГИ, ω_ГИ - соответственно период и циклическая частота сигналов генератора 6.

Триггер 11 делит это число импульсов пополам, получая число импульсов, пропорциональное погрешности измерения Δϕ, и подает их на вход обратного счета реверсивного счетчика 12. Число импульсов, поступивших на реверсивный счетчик, равно

При срабатывании триггера 9 от импульса нуль-органа 3 подается сигнал с его инверсного выхода через элемент задержки 13 на одновибратор 14. Время задержки τ₃ элемента 13 совпадает с временем задержки τ₁ обнуления счетчика

Одновибратор, срабатывая в момент времени t₄, равный

t₄=t₂+τ₃,

открывает через элемент совпадения 15 для импульсов генератора 6 вход прямого счета реверсивного счетчика 12. После того как на счетчик поступит n₁₅ импульсов, причем n₁₅=n₁₂, то есть через интервал времени

единичный сигнал на выходе реверсивного счетчика станет нулевым в момент t₅=t₄+T_PC.

В этот момент формирующий элемент выдает импульс, поступающий на первые входы элементов совпадения 8, на вторые входы которых поступают сигналы счетчика 7. Таким образом, с выходов элементов 8 считывается код a₁, a₂,... a_n счетчика 7, соответствующий моменту времени t₅.

Нетрудно видеть, что от момента обнуления счетчика 7 до момента считывания информации с преобразователя перемещение-код протекает время, равное

Т_ϕ=t₂+τ₃+T_PC-t_C,

или с учетом (2), (10), (14), (15):

Подставляя (6), (14), (13), (2') в (16), получим:

Выражение (17) свидетельствует о том, что в реверсивном счетчике 12 происходит компенсация погрешности Δϕ и постоянной составляющей π/2.

Соответственно число импульсов, поступившее на счетчик 7 от момента t_C его обнуления до момента t₅ считывания информации с его выхода, равно

или с учетом (17):

Отсюда следует, что действительно предлагаемый преобразователь перемещение-код формирует цифровой сигнал, пропорциональный измеряемому перемещению ϕ, обеспечивая компенсацию погрешностей, возникающих из-за нестабильности параметров фазовращателя, т.к. выражение (18) не содержит членов, связанных с погрешностями.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах программного управления, для автоматического ввода информации в электронно-вычислительную машину (ЭВМ). Предлагаемое изобретение предназначено для преобразования перемещения в цифровой код. Технический результат заключается в повышении точности преобразования перемещение-код и быстродействия за счет введения блоков, компенсирующих погрешности. Преобразователь содержит фазовращатель (Ф) (1) с двухфазным напряжением, два выхода которого соединены с нуль-органами (НО) (2, 3), первый из которых через элемент задержки (ЭЗ) (4), а второй непосредственно подключен к элементу ИЛИ (5), который подключен к счетному входу триггера (ТГ) (9), генератор импульсов (ГИ) (6), соединенный с входом счетчика (7), разрядные выходы которого соединены с первыми входами элементов совпадения (ЭС) (8), вторые входы которых соединены с формирующим элементом (ФЭ) (16). Введены второй ТГ (11), два ЭС (10, 15), одновибратор (14) и реверсивный счетчик (РСЧ) (12). Прямой выход ТГ (9) подсоединен к первому входу первого ЭС (10), второй вход которого подсоединен к выходу ГИ (6), а выход - к счетному входу второго ТГ (11), подсоединенному к входу обратного счета РСЧ (12). Инверсный выход первого ТГ (9) подсоединен через ЭЗ (13) к входу одновибратора (14), выход которого подсоединен к первому входу второго ЭС (15), второй вход которого подсоединен к ГИ (6), а выход - к входу счетчика прямого счета РСЧ (12), выход которого подсоединен к входу ФЭ (16). 1 ил.

Преобразователь перемещения в код, содержащий фазовращатель с двухфазным напряжением, два выхода которого соединены с нуль органами, первый из которых через элемент задержки, а второй непосредственно подключен к элементу ИЛИ, который подключен к счетному входу первого триггера, генератор импульсов, соединенный с входом счетчика, разрядные выходы которого соединены с первыми входами элементов совпадения, вторые входы которых соединены с формирующим элементом, предназначенным для выдачи импульса, отличающийся тем, что в него введены второй триггер, два элемента совпадения, элемент задержки, одновибратор и реверсивный счетчик, прямой выход первого триггера подсоединен к первому входу первого элемента совпадения, второй вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов, а выход - к счетному входу второго триггера, подсоединенного к входу обратного счета реверсивного счетчика, инверсный выход первого триггера подсоединен через элемент задержки к входу одновибратора, выход которого подсоединен к первому входу второго элемента совпадения, второй вход которого подсоединен к генератору импульсов, а выход - к входу прямого счета реверсивного счетчика, выход которого подсоединен к входу формирующего элемента.