Функциональный преобразователь угловых перемещений Советский патент 1983 года по МПК G06G7/26 G08C9/00 

ны к входу диодно-резистивного делителя напряжения и шине постоянного напряжения, второй транзисторный токовый переключатель содержит два транзистора с общим эмиттерным резистором, подсоединенным к шине постоянного напряжения и через опорный диод-к базе первого транзистора второ го транзисторного токового переключателя и к первой обкладке накопитель 1 79 ного конденсатора, вторая обкладка которого соединена с коллекторами первых транзисторов первого и второго транзисторных токовых переключателей и с входом истокового повторителя, коллектор второго транзистора второго транзисторного токового переключателя подключен к шине нулевого потенциала, а его база является вторым управляющим входом блока.

1. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий поворотный модулирующий диск,выполненный из непрозрачного материала с фигурным окном, и неподвижный считывающий элемент, вход которого соединен с первым выводом токозадающего резистора, а выход подключен к . информационному входу блока преобразования считанного сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения технологии изготовления преобразователя,он содержит ключевой транзистор и последовательно включенные генератор импульсов элемент задержки и , первый и втпоой инверторы, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами блока преобразования считанного сиг- . нала, подключенного третьим управляющим входом к генератору импульсов, коллектор ключевого транзистора подсоединен к шине постоянного напряжения, а его база и эмиттер подключены соответственно к выходу элемента задержки и к второму выводу токозадающего резистора, поворотный модулирующий диск покрыт токопроводящим слоем, а неподвижный считывающий элемент выполнен в виде размещенных на общем проводящем основании двух полосковых трансформаторов, один из которых расположен радиально вдоль поворотного модулирующего диска, а другой - за его пределами , первичные шины полосковых трансформаторов соединены последовательно и согласно и включены между входом неподвижного считывающего элемента и шиной нулевого потенциала, а их вторичные шины - последователь но и встречно и являются выходом (Л неподвижного считывающего элемента. 2. Преобразователь по п.1, о т личающийся тем, что в нем . блок преобразования считанного си|- (нала содержит диодно-резистивный делитель напряжения, первый и второй транзисторные токовые переключите- 4 СО 05 ли,накопительный конденсатор и истоковый повторитель, выход которого является выходом блока, первый транзисторный токовый переключатель -содержит три транзистора с общим эмитСО терным резистором, подсоединенным к шине постоянного напряжения, база первого из трех транзисторов первого транзисторного токового переключателя и выход диодно-резистйвного делителя напряжения являются информационным входом блока, базы второго и третьего транзисторов первого транзисторного токового переключателя являются соответственно третьим и первым управляющими входами блока, а их коллекторы объединены и под|5люче

Изобретение относится к преобраз вателям форм представления информац а именно к функциональным преобразо вателям (ФП) угло.вых перемещений ва ла в напряжение постоянного тока. Известны синусно-косииусиые ФП н вращающихся трансфорнаторахи J. Однако они пригодны, в основном, для преобразования угла в гармониче ский сигнал. Кроме того, они сложны в производстве и материалоемкости, скольку содержат многовитковые обмотки и магнитные материалы. Точность преобразования на их основе невысока вследствие недостаточно высокой повторяемости конструктивных параметров при изготовлении. Наиболее близким по техническому решению к изобретению является функ циональный преобразователь угловых перемещений, содержащий считывающий элемент в виде фоточувствительного резистора, соединенный через регистр с источником постоянного на ряжения, источник подводимой энергии в виде осветителя, установлеиио го над резистивным элементом и состоящего из лампы накаливания и линзы, модулирующий элемент в виде неп розрач ой маски, укоепленной на вал преобразователя и перемещающейся между, резистивным элементом и щелевым осветителем, а также блок преобразования считанного сигналаС23. Недостатком такого преобразователя является относительно невысокая точность и сложность изготовления. Целью изобретения является повышение точности и упрощение технологии изготовления преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что функциональный преобразователь угловых перемещений, содержащий поворотный модулирующий диск,выполненный из непрозрачного материала с фигурным окном, и неподвижный считывающий элемент, вход которого соединен с первым выводом токозадающего резистора, а выход подключен к информационному входу блока преобразования считанного сигнала,, содержит ключевой транзистор и последовательно включенные генератор импульсов, элемент задержки и первый и второй инверторы, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами блока преобразования считанного сигнала, подключенного третьим управляющим входом к генератору импульсов, коллектор ключевого транзистора подсоединен к шине постоянного напряжения, а его база и эмиттер подключены соответственно к выходу элемента задер жки и ко второму выводу токозадающего резистора, поворотный модулирующий диск покрыт токопроводящим слоем, а неподвижный считывающий элемент выполнен в виде размещенных на общем проводящем основании двух полосковых трансформаторов, один из которых расположен радиально вдоль поворотного модулирующего диска,а другой - за его пределами, первичные шины полосковых трансформаторов соединены последовательно и согласно и включены между входами неподвижного считывающего элемента и шиной нулевого потенциала, а их вторичные шины - последовательно и встречно и являются выходом неподвижного считывающего элемента. Блок преобразования считанного сигнала содержит диодно-рез-истивный делитель напряжения, первый и второй транзисторные токовые переключатели, накопительный конденсатор и истоковый повторитель, выход Которого является выходом блока, первь1й транзисторный токовый переключатель содержит три транзистора с общим эмиттерным резистором, подсоединенным к шине постоянного напряжения, база первого из трех транзисторов первого транзисторного токового переключател и выход диодно-резистивного делителя напряжения являются информационным, входом блока, базы второго и третьего транзисторов первого транзистррного токового переключателя являются соответственно третьим и первым управляющими входами блока, а их коллекторы объединены и подключены ко входу диодно-резистивного делителя напряжения и шине постоянного напряжения, второй транзисторный токовый переключатель содержит два тра зистора с общим эмиттерным резистором, подсоединенным к шине постоянно го напряжения и через опорный диод к базе первого транзистора второго транзисторного токового переключателя и к первой обкладке накопительного конденсатора, вторая обкладка которого соединена с коллекторами первых транзисторов первого и второго транзисторных токовых переключателей и со входом истокового повторите ля , коллектор второго транзистора второго транзисторного токового пе;реключателя подключен к шине нулевого потенциала, а его база является вторым управляющим входом блока. На чертеже приведена схема функци онального преобразователя угловых перемещений. Преобразователь содержит неподвиж ный считывающий элемент 1 со входом 2, выполненный в виде двух идентичных полосковых трансформаторов 3 и . А, каждый из которых содерж 1Т расположенные в параллельных плоскостях индуктивно связанные вторичные и первичные шины 5 и 6. Проводящее основание 7 является общим для всех шин полосковых трансформаторов 3 и k Один вывод первичных шин 6 через токозадающий резистор 8 соединен с ключевым транзистором 9, а другой вы вод соединен с заземленным проводящим основанием 7, выходы вторичных 794 шин полосковых трансформаторов 3 и - с делителем, напряжения, состоящим из резистора 10 и диода 1Ьи входящим в состав блока 12 преобразования считанного сигнала. Блок 12 преобразования состоит также из транзисторного токового переключателя на транзисторах 13-15 и резисторе 16, транзисторного токового переключателя на транзисторах 17, 18 и резисторе 19, накопительного конденсатора 20,, истокового повторителя на полевом транзисторе .21, резисторе 22 и конденсаторе 23 и опорного диода 2k. Преобразователь содержит также поворотный модулирующий диск 25 с фигурным окном, генератор 2б импульсов, соединенный с базой транзистора 18 и через элемент 27 задержки - с базой транзистора 19. Выход элемента 27 задержки через первый инвертор 28 соединен с базой транзистора 15, выход первого инвертора через второй инвертор 29, соединен с баЗ;Ой транзистора 14. Преобразователь работает следующим образом. Генератор 26 импульсов создает периодические импульсные сигналы прямоугольной формы, служащие для открывания транзистора 9, который преобразует импульсы напряжения в импульсы тока возбуждения считывающего элемента 1 , амплитуда которого определяется токозащищающим резистором 8, поскольку сопротивление первичных шин 6 мало. В момент нарастания i фронта тока возбуждения.} j (-f-е ) 18В где 3g-амплитуда тока; Т - постоянная времени нарастания, вокруг первичных шин 6 создается нарастающее во времени практически с постоянной L магнитное поле. Поскольку между шинами 5 и 6 существует погонная взаимная индуктивность величины MQ, то во вторичных шинах 5 в момент нарастания фронта тока индуцируется напряжение считанного сигнала. На участке вторичной шины 5.длиной индуцируемое напряжение равно (3i При этом амплитуда напряжения считанного сигнала, в момент t О Jft равна Б М,--г- Поскольку m трансформаторы 3 и k идентичны 5 возбуждаются током одинаковой величины, то при отсутствии проводящего слоя на модулирующем диске 25..над трансформатором сигналы е а выходной сигнал е е поскольку вторичные шины трансформаторов включены .встречно. Рассмотрим работу трансформаторов при условии, что проводящий слой модулирующего диска 25 распола гается над трансформатором k и имеет ширину b(f). Этот проводящий сло располагается на значительно меньше расстоянии от шин 5 и 6, чем высота несимметричных полосковых линий,образованных этими шинами, диэлектриком и проводящим основа)нием 7- Поэт му магнитное поле рассеивания перви ных шин 6 эффективно охватывает не только вторичные шины 5 но и вз модействует с проводящим слоем модул рующего диска 25. В результате проникновения магнитного поля в металл проводящей поверхности модулирующе го диска 25 в ней возникают-вихревые токи (Фуко), магнитное поле которых по закону Ленца направлено встречно магнитному полю первичных шин 6. В результате вычитания полей потокосцепление шин .5 и 6 будет уменьшено Это уменьшение характеризуется коэф фициентом модуляции магнитного поля (г , где MJM погонная взаимная индуктивность шин 5 и 6 при наличии проводящей поверхности на моду лирующем диске 25. Амплитуда напряжения на выходе полосковрго трансформатора е Zm 7Л м..b())-7|Резульм С о тирующее напряжение на выходе чувст вительного элемента с.;%гя- 2т ()., ()(Mo-M«)t(/). Подставив значение сГ, получим Мо(1-сГ)3, -tC, f где коэффициент пропорциональности между амплитудой выходного напряжения и шириной модулирующего элеменM..{I-«A):JB та ) К - -;c- Полученное 1 импульсное напряжение амплитудой 79 е преобразуется блоком 12 в напряжение постоянного тока U (Ч), пропорциональное ширине модулирую- щего элемента ). Такое преобразование достигается запоминанием амплитудных значений е на интервале времени, равном периоду следования импульсов возбуждения считывающего элемента 1. Блок 12 преобразования работает следующим образом. Нап-ряжение е воздействует на базу транзистора 13. В начальный момент действия сигнала транзисторы 13 и 15 заперты положительным напряжением на эмиттере транзистора И.В момент нарастания считанного сигнала до амплитудного значения б„ транзистор k запирается, а транзистор 13 отпирается вследствие протекания тока эмиттера по сопротивлению ре- зистора 16. Напряжение смещения делителя 10, 11 выбрано таким образом, что в момент максимального считанного сигнала транзистор 15 остается запертым. При этом ток коллектора транзистора 13 заряжает конденсатор 20. В начале уменьшения амплитудного значения входного сигнала открывается транзистор 15, а транзистор 13 запирается. Напряжение заряженного конденсатора 20 воздействует на затвор полевого транзистора 2Т, который обеспечивает малый ток заряда и практически неизменное выходное напряжение U (Ч) на период следования импульсов возбуждения. Транзисторы 17 и 18 обеспечивают азряд конденсатора 20 перед началом считывания. На интервале запоминания открыт транзистор 18, а транзистор 17 заперт. Выходной импульс генеатора 26 запирает транзистор 18, на время действия импульса отпиратся транзистор 17, через который роисходит разряд конденсатора 20. оскольку элемент 27 задержки прозводит задержку импульса на время, ольшее его длительности, то пееключатель тока на транзисторах 7 и 18 возвращается в исходное сосояние к моменту поступления счианного сигнала. Переключательный реим работы транзисторов 17 и 18 беспечивается опорным диодом (стаилитроном) 2k. Конденсатор 23 на ыходе блока 12 обеспечивает сглажи- ание выходного напряжения.

Если коэффициент передачи блока 12 преобразования считанных сигналов равен Kf, то выходное напряжение и (Ч) К.(У) . Таким образом, точность преобразования блока 12 определяется стабильностью коэффициентов К и Кл.

Мд(1-сГ)3

Поскольку к - - то непосредственно из формулы следует,что величина К практически не зависит от положения модулирующего элемента,так как погонная индуктивность и коэффициент модуляции одинаковы по длине полосковой линии, поскольку она не содержит практически никаких неоднородностей. Ее сопротивление для электрического тока одинаково,учитывая что геометрические размеры легко выдержать с высокой точностью,применяя, на при мер, технологию фотохи| «ческого травления фольгированных диэлектриков по фотошаблону.При этом, не требуется новой технологии, отличной от технологии межсоединений, хорошо освоенной в электронике. Этим достигается упрощение изготовления преобразователя. Считывающий элемент 1 совершенно нечувствителен к воздействиям внешне среды. Благодаря тому, что он работа ет на принципе воздушного трансформатора, коэффициент передачи не зависит от попадания влаги и пыли в во ,душный зазор между модулирующим и Считывающим элементами.- Поэтому преобразователь не нуждается в герме тизации и беспылеврй технологии сбор ки. Температура окружающей среды воз действует на электрические парамет 1043679.8 ,

ры схемы управления. Методы температурной стабилизации этих параметров достаточно эффективны.

Основные технические параметры 5 функционального преобразователя на основе полоскового трансформатора следующие: погонная индуктивность MQ

0,7HO-9I Lf

коэффициент модуляi мм ции .,Г 0,5; амплитуда тока возбуж0,3 А; постоянная времени нарастания фронта тока C lOi;i При максимальной ширине модулирующего элемента b(f) 25 мм максимальная амплитуда сигнала мм. Если постоянная времени фронта не, то глубина проникновения вихревых токов в проводящую поверхность модулятора, например из меди, не превышает 15 мкм. Поэтому элементы полосковой линии и модулятор выполняются из обычных фольгированных диэлектриков, применяющихся при печатном монтаже. Среднеквадратическое значение шумов, приведенное ко входу схемы преобразования, составляет 5. 20 скВ.Приняв пикофактор Z 3«Utjj, получим количество урювней квантования по ширине модулирующего элемента gem 30,02 и разрешающую способность по перемещению модулирующего элемента bW 251 N ТПР Полученные значения разрешающей способности практически.недостижимы в фоторезистивных преобразователях.