Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1984 года по МПК G08C9/04 

2. Преобразователь по п.1, о т л ичающийся тем, что формирователь импульсов выполнен в виде последовательно включенных стабилизатора.тока, ключа и резистора, выход стабилизатора тока соединен с входом форми рователя импульсов, а выход ключа с выходом формирователя импульсов, управляющие входы стабилизатора тока и ключа соединены с первьам и вторым управляющими входами формирователя импульсов, вход стабилизатора тока

является входом питания формирователя .импульсов.

3. Преобразователь по п.2, о т лич ающийс я тем, что стабилизатор тока выполнен на парных биполярных транзисторах, базы которых соединены через резисторы с управлякнцим входом стабилизатора тока, эмит теры соединен1%с входом стабилизатора тока, а коллекторы - с выходом стабилизатора тока.

1.ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий кодовые элементы, выполненные в виде магнитопроводов с источником магнитного .потока, в зазорах магнитопроводов установлены объединенные в группы магнитодиоды, первый и второй сумма|торы по модулю два, выходы которых соединены с входами расширителя импульсов, выход которого соединен с первым выходом преобразователя, третий сумматор по модулю два, первцй инвертор, выход которого соединен с вторым выходом преобразователя, о т личающийся тем, что, с целью повышения надежности работы и технологичности изготовления преобразователя, в него введены второй и третий инверторы, первый и второй источники опорного напряжения и восемь формирователей импульсов, а в каждой группе магнитодиодов первый я второй магнитодиоды соединены через первый и второй формирователи импульсов с первым и вторым входами первого сумматора по модулю два, трет;ий и четвертый магнитодиоды соединены через третий и четвертый формировате ли импульсов с первым и вторым входами второго сумматора по модулю два, пятый и шестой магнитодиоды соединены через пятый и шестой формирователи импульсов с первым и вторым входа ;ми третьего сумматора по модулю два, выход которого соединен через второй инвертор с третьим выходом преобразо ватёля, седьмой и восьмой магнитодиоды соединены через седьмой и восьмой ; формирователи импульсов с входами первого и третьего инверторов, выход третьего инвертора соединен с четвертым выходом преобразователя,выходы первого и второго источников опорного напряжения соединены с первым и. вторым управ 00 ляющими входами формирователей импульсов.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение при разработке цифровых источников информации в системах дистанционного контроля и измерениях угловых и линейных перемеще

НИИ.

Известен преобразователь угла поворота вала в код, содержащий кодирующие элементы, выполненные в виде магнитопроводов с источником магнитного потока, считываклцие элементы, магнитодиоды, установленные в зазорах кодируквдих элементов,-последовательно с которыми включены стабилиI заторы тока, нагрузочные резисторы и источники опорного напряжения для выделения сигналов 1 1 .

Основным недостатком этого преобразователя является низкая технох ргичность изготовления, обусловленная наличием в схеме полевых и биполярны транзисторов, технология изготовления которых различна, что затрудняет применение твердотельной технологии производства считывающих узлов в микросхемном исполнении. С другой стороны, большой технологический разброс начальных токов стоков полевых транзисторов требует подборарезисторов в цепях истоков, обеспечивакядих режим работы магнитодиодов и, следовательно, выходных напряжений на магнитодиодах.

Наиболее близким к изобретению яв ляется преобразователь угла поворота вала в код, содержащий кодовые элементы, выполненные в виде магнитопроводов с источником магнитного потока, в зазорах магнитопроводов уста новлены объединенные в группы магнитодиоды, первый и второй сумматоры по модулю два, выходы которых соединены с входами расширителя по ИЛИНЕ, выход которого соединен с первым выходом преобразователя, третий сумматор по модулю два, первый инвертор, входы сумматоров по модулю два соединены с магнитодиодами pj.

Основным недостатком этого устрой ства является низкая надежность и точность преобразования входного параметра при изменениях температуры окружающей среды и напряжения питани устройства, поскольку в нем возможно появление ложных сигналов 1 в случаях, когда оба магнитодиода, подключенные к входам одного сумматора, находятся в индукции BS . Это объясняется различной магниточувствительностью и зависимостью от температуры Действительно, при увеличении напряжения питания разбаланс напряжений н магнитодиодах, находящихся в магнитном поле, может :превысить. напряжени срабатывания сумматора равное 2 Uc,, транзисторов сравнения. Кроме того такое включение предъявляет высокие требования к идентичности парамет- ров магнитодиодов и в отсутствии маг йитногчэ поля.

Целью изобретения является повышение надежности работы и технологичности изготовления преобразователей .

Поставленная цель достигается тем что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий кодовые элементы, выполненные в виде магнитопроводов с. источником магнитного потока, в зазорах магнитопроводов ,ycтa новлены объединенные в группы магнитодиоды, первый и второй сумматоры по модулю два, выходы которых соединены с входами расширителя по ИЛИ-НБ выход которого соединен с первым выходом преобразователя, третий сумматор по модулю два, первый инвертор, выход которого соединен с вторым выходом преобразователя, введены второ и третий инверторы, первый и второй источники опорного напряжения и восемь формирователей импульсов, а в каждой группе магнитодиодов первый и второй магнитодиоды соединены через первый и второй формирователи импуль сов с первым и вторым входами первого сумматора по модулю два, третий и четвертый магнитодиоды соедине ны через третий и четвертый формирователи импульсов с первым и вторым входами второго сумматора по модулю два, пятый и шестой магнитодиоды соединены- через пятый и шестой формиро ватели импульсов с первым и вторым входами третьего сумматора по модулю два, выход которого соединен через второй инвертор с третьим выходо преобразователя, седьмой и восьмой магнитодиоды соединены через седьмой и восьмой формирователи импульсов с входами первого и третьего инверторов, выход третьего инвертора соеди|Нен с четвертым выходом преобразователя, выходы первого и второго источ ;НИКОВ опорного напряжения соединены с первым и вторым управляющими входа ми формирователей импульсов. Формирователь импульсов выполнен в виде последовательно включенных стабилизатора jCQKa, ключа и резистора, выход стабилизатора тока соедицен с входом формирователя импульсов р выход ключа - с выходом формирователя импульсов, управляющие входы стабилизатора тока и ключа соединены с первым и вторым управляющими входами формирователя импульсов, вхо стабилизатора является входом питания формирователя импульсов. . : Кроме того, стабилизатор тока выполней на парных биполярных транзисто-. pax, базы которых соединены через ре зисторы с управлянвдим входом стабили затора тока, эмиттеЕМ соединены с входом стабилизатора тока, а коллекторы - с выходом стабилизатора тока, На фиг.1 представлена конструкция одного из отсчетов преобразователя угла поворота вала в код, разрез на фиг.2 - структурная схема преобра зователя, на фиг.З - принципиальная схема одного отсчета преобразователя на фиг.4 - графики, поясняющие принцип работы преобразователя. . Преобразователь содержит входной вал 1, связанный с кодирующим элемен том 2, в рабочем заз.оре которого уст новлены магнитодиоды 3, стабилизатор 4 тока, ключи 5,резисторы б, сумматоры 7 по модулю два, расширитель по ИЛИ-НЕ 8, инверторы 9, источник 10 опорного напряжения, источник 11 опорного напряжения. Стабилизатор 4 тока, ключ 5 и резистор 6 образуют фО1 «ирователь 12 импульсов. стабилизаторы 4 тока магнитодиодов 3 выполнены на парных биполярных транзисторах 13 (фиг.З), базы которьХ через резисторы подключены к выходу источника 11 опорного напряжения, ко TOfHJft выполнен на стабилитроне и реэисторе (на фиг.2 не обозначены). Ключи 5 выполнены на транзисторахТ4, эмиттеры которых подключены к точкам соединения магнитодиодов 3 и коллекторов транзисторов 13. Базы транзисторов 14 через ограничивающие резисторы подключены к выходу источника 10 опорного напряжения, а коллекторы соединены с резисторами 6 и входами сумматоров 7 по модулю два, выполненных на транзисторах 15, разделительных диодах 16 и пороговом диоде 17. Базы транзисторов 15 через резисторы . соединены с разделительными диодами 16 и подкл бчены к точкам соединения резисторов 6 и транзисторов 14, а коллектор объединены и через ограничивающий резистор подключены к расширителю по ИЛИ-НЕ 8, выполненному на транзисторе 18. Преобразователь работает следующим образом. В исходном (нулевом) положении кодирующего элемента 2, соответствующем входному углу ot О все магнитодиоды находятся вне рабочего .зазора кодирукщего элемента 2, т.е. индукция в 0. В этом случае через магнитодиоды 3,,- 3 протекает ток, равный току стабилизаторов 4 тока, а напряжения определяются точкой пересечения прямой I const и вольт-амперной характеристикой магнитодиода 3 (ВАК МДЗ) соответствующей группы, например точка 4с (фиг.4), лежащая на пересечении выходной характеристики стабилизатора 4 тока - кривая G.K ВАХ МД при В О - кривая С. Поскольку напряжение и источника 10 относительно общей точки магнитодиодов 3 больше чем их нулевое напряжение, т.е. и,(, Ig If), то все ключи 5 закрыты, так как базам транзисторов 14 приложено отрицательное напряжение равное разности (и - Uc) 0. На фиг.4 напряжению UCT соответствует кривая Н, слева от которой расположены ВАХ МДЗ при В О, и в области токов IP . Транзисторы 15 и, следовательно, 18 также закрыты, что соответствует нулевой комбинации сигналов на выходах преобразователя 2«. 2. При повороте кодирующего .элемента 2 иа один квант (о 22 ,5° )один из магиитодиодов 3, например 3, окажется в рабочем зазоре под воздействием магнитного поля с индукцией в Вj. В этом случае ВАХ МДЗ переместится в положение, изображенное на фиг.4 кривой D или F, в зависимости от величины магниточувствительности. При заданном стабилизатором 4 токе 1 1 напряжению на магнитодиоде 3 соответствует точка jj или f, следовательно, ключ 5, включенный параллельно магнитодиоду 3, откроется, поскольку потенциал эмиттера относительно базй транзист9ра 14 изменит знак, а велиг

чина его достаточна для насыщения ключа 5, Однако резистор 6 при открытом ключе шунтирует магнитодиод 3 , следовательно, ток стабилизатора 4 в этом случае равен сумме токов:1 Itr(B Bg) Ij ,где (; - ток коллектора, протекающий по резистору 6 открытого ключа 5. На фиг.4 току резистора 6 соответствует линии нагрузки N. Следовательно, суммарная ВАХ резистора б и магнитодиода 3 из браженная на фиг.4 кривой D или F , пересекает кривую тока Igf в точках g или k . Отсюда напряжение на входе сумматора 7 определяется падением напряжения на резисторе 6, ток которого равен разности

- - -(S4

1 1 - 1

На фиг. 4 току соответствует

отрезок gh или kl . При достижении перепада напряжения на резисторах б до напряжения срабатывания сумматора 7, равного + U6, , где Ц напряжение отсечки диодов 16 и 17, U|s- прямое напряжение перехода эмит тер - база транзистора 15, Последний открывается и создает цепь для тока базы расширителя по ИЛИ-НЕ 8, выполненного на транзисторе 18. Току коллектора транзистора 18 соответствует сигнал 1 на выходе преобразователя в разряде 2.

При повороте вала 1 на уголсб 45, соответствующий двум квантам, в магнитном поле с индукцией в В/Г окажется и второй магнитодиод 3. Следовательно, на выходе преобразователя в разряде 2 тоже появится сигнал 1 аналогичный описанному. Цс скольку магнитодиод 3| останется в рабочем зазоре кодирующего элемента 2, то на выходе преобразователя буде комбинация сигналов 1100, кодирукяцая второй квант угла поворота.

При увеличении входного угла поворота до значения Л 67,5 соответст вукщего третьему кванту, в рабочем зазоре кодирующего элемента 2 окажутся магнитодиоды с номерами 3 , 32 и 30. В этом случае открыты оба клк)ча,параллельные магнитодиодгил 3f и однако на выходе преобразо вателя в разряде 2 сигнал 1 сме- нится сигналом О, поскольку paiitность падений напряжений на резисто pax б не превышает напряжение срабатывания на входах сумматора 7. Следовательно, транзисторы 15 и 18 закрыты, а на выходе преобразователя выставлен код параметра 0100.

При повороте вала 1 на угол, при котором с.читываняций магнитодиод 3 окажется вне рабочего зазора, т.е. ,при В О, а 3 в рабочем зазоре кодирукедего элемента 2 с индукцией В Bj, на выходе преобразователя S разряде 2 выставлен сигнал 1.

Аналогичным образом работают и другие ячейки двоичных разрядов 2, 2 и 2, при этом разряды 2 и 2 представляют половину ячейки, что видно из функциональной схемы на фиг.2.

Изменению входного угла в пределах Д iX 0-360 на входах преобраэова теля соответствуют 16 комбинаций дво/Ичного рефлеквного 4-разрядного кода (Грея). Снижение перепада напряжений на входах сумматоров 1, вызванного разбросом магниточувствительности магнитодиодов Зц и Зз, 3 и 3g, 3 и 3 г одновременно находягаихся в магнитном поле с индукцией в, обеспечивается соответствующим выбором величины сопротивления резисторов 6.

На фиг.4 видно, что перепад напряжений между рабочими точками h и увеличивается с увеличением сопротивления резисторов 6, ас уменьшением уменьшается. Однако чрезмерно малые величины сопротивления резисторов 6 наряду с выравниванием суммарных ВЛХ ои Fуменьшают абсолютнйе значения напряжений на резисторах б и ухудщгиот условия насыщения ключей 5. Следовательно, оптимальная величина сопротивлений резисторов 6, обеспечивающая уменьшение перепада напряжений в .рабочих точках в . раза по сравнению с разбросом напряжений на магнитодиодах 3, обусловленным разной магниточувствительностью их, определяется соотнсннением, полученным экспериментальным путем:

Or5ia iR i,, Uol

1«Х

-сток стабилизатора 4 тогдека,

-ток, протекающий по реЧзистору 6 при открытом ключе 5,

максимальный ток магнитодиода 3 в точке Uyj при индукции в В (на фиг.4 это точки г и ъ). На фиг.4 приведены реальные ВАХ МД типа КД304 В, снятые при наихудших для работы магнитодиодов 3 условиях эксплуатации, характерных для объектов в полевых условиях на открытых оросительных системах . Один из магнитодиодов 3, ВАХ которого представлены кривыми при В в и D при Bg ОЗТл, и при t +65 С имеют вольтовую магниточувствительt oc ъ „ 11,66, а другой (кривые G и F) -имеет магниточувствительност Уд, 26,бб, при этом отношение магниточувствительностей их равно Jf«,/Jfкм 2,2. Из фиг.4 также видно, что перепад напряжений на магнитодиодах на уровне 1.1,5 мА (точки d и f) равен 2,35 В. Разность напряжений, приложенная к входам сумматора в устройстве-прототипе, напряжение срабатывания которого равно 2Ug, транзисторов сравнения, приводит к ложной информации на выходе преобра эователя. Это в свою очередь приводит к необходимости сужения диапазона изменения напряжения дистанционного питания преобразователей и, соответст венно, ограничению диапазона расстояний размещения преобразователей на объектах от контролируемого пункта телемеханики. Таким образом, для устройства-прототипа диапазон изменения напряжения питания ;находится в пределах 1,2 В (точки d и п) что составляет tC 6-7)% от номинального значения, В предлагаемом устройстве перепад напряжений на магнитодйодах умень|шен до 1 В (точки h и -) , причем разность напряжений, приложенная к входам сумматора 7, составляет всего 0,7-0,8 В, что в 3-4 раза меньше напряжения срабатывания. Как видно на фиг.4, преобразователь устойчиво работает в широком диапазонеизменения напряжения дистанционного питания от Чи.;«-б,3 В до „„0,10,3 В, пр.и это колебания &Е составляют ±(24-25)% от среднего значения, что в 3-4 р&эа расширяет диапазон изменения дальности раположения преобразователейот контролируемого пункта, осущеетвляющёго сбор информации, при дистанци онном питании группы рассредоточенных объектов. Включение параллельно считывающим магнитодиодом 3 дополнительных ключе с активной нагрузкой улучшает равномерность квантования при заданной разрешающей способности, т.е. улучша ет метрологические характеристики преобразователя. Действительно, в устройстве-прототипе перепад напряже ний на входах сумматоров, определяемый разбросом и(), входит с разным знаком в зависимости от направле ния вращения, т.е. от последователькости, в которой магнитодиоды, напри мер 3 и 3, входят в рабочий зазор индукцией В л. Следовательно, абсолют ной величине приращения угла/Лл/ соо ветствуют различные абсолютные знача ния перепада напряжений на входах :сумматоров. Измеренная в устройствепрототипе погрешность квантования равна +7 при величине кванта 22,5 , ;В предлагаемом устройстве ключи 5 всегда заперты отрицательным потенциалом (в случае ), что видно из .4, где ВАХ МД при расположеры слвЕГа от линии смещения Н,. причем не зависит от направления вращений, а зависит от приращения индукции ДВ. Следовательно, напряжение на входах сумматора 7 в предлагаемом пре образователе равно либо падению напря ження на резисторе 6, либо перепаду (Напряжений в случае, когда оба магнитодиода 3 находятся в магнитном поле, при этом величина тока резисторов 6 ключей 5) не зависит от направления вращения. Отсюда погрешность кванто- ,Ёания в предлагаемом преобразователе постоянна, а -величина ее, для одних и тех же условий и магнитодиодов в два раза меньше и составляет ±.3%. Другим техническим преимуществом предлагаемого устройства является иоэможность применения твердотельно1:| технологии производства и микросхем ного исполнения электрической преобразователя, поскольку в приведенной схеме отсутствуют полевые транзисторы, а используются лишь биполярные транзисторы и резисторы, величины сопротивлений которых не превышают 8-10 кОм, что также соответствует требованиям твердотельной технологии производства микросхем. Действительно, как видно из схемы, приведенной на фиг.3, стабилизаторы 4 тока выполнены на парных биполярных транзисторах, базы которых через резисторы подключены к одному общему стабилитрону 12, прямое напряжение которого на 0,1 В превьиаает напряжение Ug транзисторов 13. Кроме того (фиг.З), для формирования сигналов в разрядах 2 в случаях, когда магнитодиоды Зд. или 3g находятся в магнитном поле с индукцией Bg, дополнительного источника опорного напряжения не требуется. В устройстве-прототипе в качестве такого источника используется магнитодиод и стабилизатор тока, выполненный на полевом транзисторе КПЗОЗ В, в истоковой цепи которого включен переменный резистор типа СП5-2, служащий для выбора оптимальной рабочей точки на ВАХ МД, обеспечивающей.срабатывание одного, двух, а в случае двухотсчетного преобразователя и трех инверторов Преимуществами предлагаемого преобразователя являются следукяцие: надежность работы устройства в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды до я,ах и напряжения дистанционного питания АВц ±25% что позволяет располагать преобразователи на объектах измерения параметров, удаленных на различные расстояния (до 1 км) от контролируемого пункта без дополнительной устаНОНКИ стабилизаторов напряжения на каждом преобразователе, в 2,33 раза меньше погрешность квантования, возможность производства считывающих узлов наиболее прогрессивным способом на основе твердотельной технологии производства микросхем.

сэН

ibdbdb«ibiiib{