Преобразователь угла поворота вала в длительность импульсов Советский патент 1983 года по МПК G01B7/30 H03M1/50 

Изобретение относится к автомати ке и вычислительной технике и может быть использовано, например,, в инфо мационно-измерительных системах для построения аналого-цифровых преобразователей угловых перемещений вала связанного с контролируемым объекто По основному авт. св. If . известен преобразователь угла поворота вала в длительность импульсов, содержащий источник напряжения питания, синусно-косинусный датчик угла выходы которого через выпрямители соединены с соответствующими входами первого и второго компараторов, логический блок, один выход которого подключен к выходу преобразователя, а другой соединен с первым входом триггера, выход которого через управляющий вход источника пилооб|разного напряжения подключен к другим входам компараторов и к входу нульоргана, выход которого соединен с вторым входом триггера, блок управления , делитель напряжения, третий компаратор и третий вьтрямитель, выход которого через делитель напряжения подключен к соответствующему входу третьего компаратора, выход которого соединен с первым входом блока управления, выходы которого соединены с входами лог;ического блока, выходы первого и второго компараторов подключены соответственно к второму и третьему входам блока управления, а источник напряжения пи тания подключен к входу третьего выпрямителя, а вход нуль-органа соединен с другим входом третьего компаратора П . Известный преобразователь обладает нелинейной характеристикой преобразования и не ьюжет быть использо ван для линейного преобразования угла поворота вала в длительность импульсов, что ограничивает его функциональные возможности и область при менения. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя. Поставленная цель достигается тем что в преобразователь угла поворота вала в длительность импульсов введены коммутатор и последовательно сбединенные двухполупериодный выпрямитель и второй делитель напряжения, выход источника пилообразного напряжения подключен к одномувходу коммутатора, выход второго делителя напряжения подключен к другому входу коммутатора,.выход которого подключен к другим входам компараторов, а другой вход двухполупериодного выпрямителя соединен с источником напряжения питания. Двухполупериодный выпрямитель (без элемента сглаживания) выполняет функцию формирователя модуля и необходим для обеспечения возможности преобразования угла поворота вала в длительность импульсов в каждом полупериоде напряжения питания. Второй делитель напряжения необходим для обеспечения условия равенства сравниваемых компараторами напр;яжений в октантных углах. Коммутатор необходим для подключения к соответствующим входам компараторов выхода источника пилообразного напряжения (в режиме работы с нелинейной характеристикой преобразования) или выхода дополни-, тельного делителя напряжения (в режиме работы с линейной характеристикой преобразования). На фиг. 1 показана структурная схема преобразователя; на фиг. 2 временные диаграммы его работы в линейном режиме. Преобразователь угла поворота вала в длительность импульсов содержит синусно-косинуснь1й датчик угла (СКДУ) 1, выпрямители 2-, первый делитель 5 напряжения, источник 6 пилообразного напряжения, компараторы 7-9. нульорган to, блок 11 управления, установочные входы 12-14, элемент ИЛИ 15, элементы И 16-22, элементы ИЛИ 23 и 2k, логический блок 25, элементы И-НЕ 26 и 27, элементы НЕ 28 и 2Э, триггер 30, источник 31 напряжения питания, коммутатор 32 и последовательно соединенные двухполупериодный выпрямитель 33 и второй делитель 3 напряжения. . Подача управляющего потенциала высокого уровня, соответствующего уровню логической 1, на один из установочных входов 12-1 if блока управления и установка коммутатора 32 в соответствующее положение задает режим работы устройства. Преобразователь работает следующим образом. Для режима работы преобразовате Г1я с тангенсной .(-котангенсной) характеристикой преобразования управляю щий потенциал высокого уровня подается на установочный вход 14 блока 1 управления, подготавливая цепь прохождения потенциальныхсигналов компараторов 7 и 8 на соответствующие входы логического блока 25. Коммутатор 32 устанавливается в положение 1, при котором выход источника 6 пилообразного напряжения подключен к другим входам компараторов. К первым входам компараторов 7 и подключаются напряжения Щ, U poTopных (синусной и косинусной) обмоток СКДУ 1, выпрямленные посредством выпрямителей 2 и 3 соответственно (напряжения на выходах выпрямителей обо значены через , Uig). В исходном полоежнии О триггера 30 напряжение с выхода источника 6 увеличивается и по мере увеличения достигает уровня напряжений i и U (сперва меньшего U, а затем большего Ug-), вызывая в моменты равенства U(4 И и U(, Up срабатывание соответствующих компараторов. Если UM Це (в 1-, k-, l- и 8-х октантах диапазона изменения угла поворота 8 ротора СКДУ 1), то сначала срабатывает компаратор 7, а затем - ком ларатор 8; если U), ,, U (во 2-, 3-, 6- и 7-х октантах), то сначала срабатывает компаратор 8, а затем - компаратор 7. Сигнал высоког у эовня с выхода сработавшего компара тора 7 (8) доступает элементы И 17 (20) и ИЛИ 23 (2) блока 11 управления на соответствующий вход эле мента И-НЕ 26 логического блока 25. В момент времени, когда на обоих вхо дах элемента 26 будут сигналы высоко го уровня (т.е. при выполнении равенства Uj, Ug), перепадом 1-0 ег выходного потенциала триггер 30 перебрасывается в положение при этом изменяется направление развертывающего пилообразного напряжения Of,.; ононачинает уменьшаться по линейному закону. Сразу же компаратор, сработавший в момент выполнения равенства U(,Ut, возвращается в исходное состояние; в момент выполнения равенства ,a исходное состояние возвращается другой компаратор. В момент достижения напряжением Uc нулевого уровня (U(,0) срабатывае нуль-орган 10, импульс с выхода кото рого возвращает триггер 30 в исходное положение О. В результате напряжение Ujj вновь начинает увеличиваться и цикл измерения повторяется. Изменение потенциального уровня выходных сигналов компараторов 7 и 8 передается через элементы НЕ 28 и 29 логического блока 25 на элемент И-НЕ 27, который формирует импульсы с отношением длительности Т к периодуТ пропорциональным отношению и,/Up. В 1-,-f5-, 5- и 8-х октантах f(tg), а в остальных октантах f f/(ctg&) . Таким образом, в данном режиме устройство обладает тангенсной (ко-тангенсной) характеристикой преобразования . В режиме работы преобразователя с синусной (косинусной) характеристикой преобразования управляющий потенцил высокого уровня подается на установочный вход 13 блока 11 управления и далее на соответствующие входы элементов И 18, 21 блока 11, подготавливая цепь прохождения потенциальных сигналов одного из компараТоров 7 или 8 через элемент ИЛИ 15 и компаратора 9 на соответствующие входы логического блока 25. Коммутатор 32 находится в положении Посредством выпрямителя 2, подключенного к источнику 31 напряжения питания, и последовательно с ним соединенного делителя 5 напряжения формируется опорное напряжение Up, значение которого (за счет выбора коэффициента KQ, деления делителя 5) устанавливается равным Ца и,2в - - Л5°. Для достижения требуемого алг горитма работы устройства в этом режиме необходимо последовательное . срабатывание компараторов 7 (8) и 9 по мере развертки пилообразного напряжения Uf. и выполнения равенства . В исходном положении (О) триггера 30 напряжение Ujjс выхода источника 6 увеличивается и по мере увеличения достигает уровня напряжений и и Up. При выполнении равенства , сигнал высокого уровня с выхо«да одного из компараторов 7 или 8, сработавшего первым, через элементы ИЛИ 15, И 18 и ИЛИ 23 подается на первый вход элемента И-НЕ 26 бхюка 25; при выполнении равенства сигнал высокого уровня с выхода компаратора Э через элементы И 21 и ИЛИ 2А блока 11 подается на второй вход элемента И-НЕ 26, перепадом 1-0 выходного потенциала которого перебрасывается триггер 30 в положение 1. В результате изменяется направление пилообразного напряжения: оно начинает уменьшаться по линейно му закону. Сразу же компаратор 9 возвращается в исходное состояние. В момент выполнения равенства U((i в исходное состояние возвращается и другой компаратор. Дальнейшая последовательность опе раций аналогична рассмотренной выше первого режима. В момент достиже на.пряжением U нулевого значения срабатывает нуль-орган 10, импульс выхода которого возвращает триггер в исходное положение О. Напряжение U(s вновь начинает увеличиваться и цикл измерения повторяется. Изменени потенциального уровня выходных сигна лов компараторов 7(3) и 9 передается через элементы НЕ 28 и 29 логичес кого блока 25 на элемент И-НЕ 27, ко торый формирует импульсы с длительностью T/i , пропорциональной отношению U i/Uo- В 1-, 4-, 5- и 8-х октантах f-2if f(sin5), а в остальных октантах ч f(cos ). Таким образом, в данном режиме устройство обладает синусной (косинусной) характеристикой преобразования. В режиме работы устройство с секансной (косекансной) характеристико преобразования управляющий потенциал высокого уровня подается на установочный вход 12 блока 11 управления и далее на соответствующие входы эле ментов И 19 и 22 блока 11, подготавливая цепь прохождения потенциальных сигналов с выходов элемента И 16 подключенного к выходам компараторов 7 и 8, и компаратора 9. на соответствующие входы логического блока 25. Коммутатор 32 находится в положении 1. Для.работы преобразователя в данном режиме необходимо последовательное по мере развертки пилообразного напряжения и выполнение равенства Uj., и Uj.,Up, где Ug - большее из напряжений , Для фиксации равенства Uj, Ug используется элемент И 16, сигнал высокого уровня на выходе которого появляется только при условии поочередного срабатывания обоих компараторов 1 (%). Если 28 6 первыт срйботал компаратор 1 (Ь), а вторым - компаратор 8 (7), то сигнал на выходе элемента И 16 соответствует фиксации равенства напряжений и и 2.(1),}, причем () и. В исходном положении триггера 30 напряжение U с выхода источника 6 увеличивается и по мере увеличения достигает уровня напряжений (Uon), и/, A(Ufp, ), вызывая последовательное срабатывание компараторов 7 (8), 9 и 8 (7). При выполнении равенства сигнал высокого уровня с выхода компаратора 9 через элементы И 22 и ИЛИ 2k блока 11 подается на первый вход элемента И-НЕ 26 блока 25 при выполнении равенства Ug,U сигнал высокого уровня с выхода элемента И 16 через элементы И 19 и ИЛИ 23 блока 11 подается на второй вход элемента И-НЕ 2б, перепадом 1-0 выходного потенциала которого перебрасывает триггер 30 в положение 1. В результате изменяется направление пилообразного напряжения, т.е. оно начинает уменьшаться по линейному закону. Последовательно возвращаются в исходное состояние ранее сработавшив компараторы, срабатывает нульорган 10, возвращающий триггер 30 в исходное положение О, и т.д. Дальнейшая последрвательность операций аналогична рассмотренной выше для первых двух режимов. Изменение потенциального уровня действующих на входах логического блока 25 сигналов с выхода элемента И 16 и с выхода компаратора 9 передается через элементы НЕ 28 и 29 блока 25 на элемент И-НЕ 27, который формирует импульсы с длительностью O,J пропорциональной отношению 14,/U В 1-, 4-, 5- и 8-х октантах Т: f(sec6), а в остальных октантах Тз f (cosec0. Таким образом, в данном режиме преобразователь обладает секансной (косекансной) характеристикой преобразования. .. В режиме работы преобразователя с линейной характеристикой преобразования потенциал высокого уровня подается на установочный вход И блока 11 правления, а коммутатор 32 устанавивается в положение II, при котором к вторым входам компараторов 7, В и 9 подключается напряжение Uy, с выода делителя 3. В работу включается последовательно.соединенные двухполу(Периодный выпрямитель 33 и делитель З напряжения. Двухполупериодный выпрямитель 33 (в отличие от выпрямителей 2, 3 и .он не имеет элемента сглаживания) подключен к источнику 31 напряжения и питания и выполняет функции формирователя модуля. С его выхода снимается напряжение вида ( U|,) (что необходимо для осуществления процесса преобразования в каждом полуперио де напряжения питания), которое подается на делитель З напряжения. Коэффициент К последнего выбирается таким образом, чтобы обеспечить формирование на выходе делителя напряжения UM Кл(и), удовлетворяющего условию 11|,Ц I где Uyyi амплитудноеи. значение напряжения и,, 215 при . Это напряжение через коммутатор 32 подключается к крмпараторам 7 и 8 и сравнивается с напряжениями Щ соответственно (фиг. 2,а-1). В зависимости от того, какое из этих напряжений (Ц , 1)20) меньше 288 по величине (в 1-7 й-, 5 и 8-х октантах и «и , а в остальных октантах U, ), срабатывает и возвращает в исходное состояние (фиг. 2,а-2) по мере развертки одной полуволны напряжения U (фиг.2,а-1) один из компараторов (компаратор 7, если U|H« и, или компаратор 8, если причем другой компаратор остается в исходном состоянии (фиг. 2,а-3) так как U Ufi Сигналы с выходов компараторов проходят через элементы И 17, ИЛИ 23 и 20, ИЛИ 2А блока 11 на логический блок 25, где инвертируются элементами НЕ 28 и 29 (фиг. 2, а-5) и подаются на элемент И-НЕ 27, который формирует импульсы с длительност ью Т , пропорциональной 9 (фиг. 2,а-6). В данном режиме преобразователь обладает линейной характеристикой преобразования (фиг. 2,6). Предложенный преобразователь работать как с линейной, так и с нелинейной характеристикой, что расширяет его функциональные возможности и область применения.

% t

UH

(

2

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ИМПУЛЬСОВ по авт. св. № 907568, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей преобразователя, в него введены коммутататор и последовательно соединенные двухполупериодный выпрямитель и второй делитель напряжения, выход источника пилообразного напряжения подключен к одному входу коммутатора, выход второго делителя напряжения подключен к другому входу коммутатора., выход которого подключен к другим входам компараторов, а другой вход двухполупериодного выпрямителя соединен с источником напряжения питания. ©

a

t

r/2 0 5 3D Ш т r Фиг.1 т 315