Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1984 года по МПК G08C9/06 

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах, требующих измерения числа оборотов и определения направления вращения, например, в счетчиках расхода электроэнергии, системах управления вращением валков прокатных гтанов и т.д. .

Известен преобразователь угла поворота вала в код, содержащий диск с пазами, управляющий тремя фотопарами (лампа накаливания - фототранзистор), три триггера, формирователь импульсов, элемент ИЛИ, моностабильный мультивибратор и ре версивньп1 счетчик lj .

Этот преобразователь отличается сложностью технической реализации.

Известен также преобразователь угла поворота вала в код, содержащий диск с прорезями, трехканальный узел фотодатчиков и логическую схему определения направления вращения вала 2 .

Однако этот преобразователь отличается сложностью, так как его логическая схема требует применения элементов памяти (трехстабильного триггера) и анализирует последовательную смену состояний трех смещенных в плоскости диска фотодатчиков, сигналы с выходов которых по трем информационным шинам поступают в логический блок.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является преобразователь угла поворота вала в код, содержащий кодовый диск, светоизлучатель, подключенный к источнику напряжения через параллельно между собой соединенные резистор и транзистор, база которого через фотоприемник соединена с источником питающего напряжения. База транзистора подключена также к входу усилителя выходных сигналов з .

Известный преобразователь имеет простую конструкцию, но может использоваться в тех случаях, когда не требуется различать направление вращения (перемещения). Это сужает область применения преобразователя.

Цель изобретения - расширение области применения преобразователя за счет разделения выходных сигналов в зависимости от направлениявращения (перемещения).

45692

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий последователь- но расположенные на оптической оси 5 первьй излучатель, кодовый диск и первьп фотоприемник, первый вывод которого соединен с первым выводом первого излучателя и с шиной нулевого потенциала, а второй вьшод - с 10 базой транзистора первого ключа,коллектор которого соединен с вторым выводом первого излучателя, а эмиттер - с шиной питания, введены узел разделения выходных сигналов и второй 15 излучатель, второй фотоприемник, второй ключ на транзисторе обратной проводимости, первые выводы второго излучателя и второго фотоприемника соединены с шиной питания, второй 0 вывод второго фотоприемника соединен с базой транзистора обратной проводимости второго ключа, коллектор которого соединен с вторым выводом второго излучателя, с коллектором

5 транзистора первого ключа и с входом узла разделения выходных сигналов,а эмиттер соединен с шиной нулевогр потенциала.

Узел разделения выходных сигна0 лов содержит два амплитудных дискриминатора , входы которых соединены с входом узла разделения выходных сигналов, два элемента задержки и два элемента И, выход первого амплитудc ного дискриминатора непосредственно и через первый элемент задержки соединен с первыми входами соответственно первого и второго элементов И, выход второго амплитудного дискрими0 натора непосредственно и через второй элемент задержки соединен с вторыми входами соответственно второго и первого элементов И.

Фотоприемники и соответствующие излучатели расположёны в плоскости кодового диска с возможностью поочредного перекрытия соответствующих оптических осей.

На фиг.1 представлена функциональная схема преобразователя угла поворота вала в код; на фиг.2 временные диаграммы работы преобразователя.

55 Преобразователь угла поворота вала в код содержит кодовый диск 1, первьй и второй излучатели 2 и 3, узел 4 разделения выходных сигналов. 3 . . фотоприемники 5 и 6, ключи на транзисторах 7 и 8, узел 4 разделения выходных сигналов содержит два амплитудных дискриминатора 9 и 10, два элемента 11 и 12 задержки, два элемента И 13 и 14, излучатели 2 и 3 смещены в плоскости кодового диска на угол, при котором обеспечивается участок перекрытия зон открывания щелей их фотоприемников 5 и 6, а напряжение U источника питания выбирается равным номинальному напряжению излучателей 2 и 3. Амплитудные дискриминаторы 9 и 10 узла 4 разделения выходных сигна лов формируют выходные сигналы при достижении их входными сигналами уровней соответственно U и -у, причем выход амплитудного дискриминатора 10 - инверсный. Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом. В положении, когда кодовый диск закрывает щели обоих излучателей 2 и 3, их фотоприемники 5 и 6 затем нены и ток, протекающий через базы транзисторов 7 и 8, будет минимальным, определяемым темновым током их фотоприемников 5 и 6. Транзисторы 7 и 8 закрыты, а их излучатели 2и 3 подключены последовательно к источнику питания с напряжением U, благодаря чему ток излучателей 2 и 3определяется половинным напряжени ем (у) источника питания, приложен ным к каждому излучателю, и их собственным внутренним сопротивлен ем. При этом с объединенных коллекторов транзисторов 7 и 8 на входы амплитудных дискриминаторов 9 и 10 узла 4 разделения выходных сигнало поступает потенциал у (фиг.2а), а так как амплитудные дискриминаторы 9 и 10 настроены на срабатывание п достижении их входными сигналами уровней соответственно U и -, то на выходах обоих амплитудных дискриминаторов (фиг.2 в,с) присутствуют нулевые сигналы. Следовател но, на выходах элементов И 13 и 14 а значит,и на выходных шинах (+) (-) преобразователя сигналы отсутствуют , При вращении кодового диска 1, например, по часовой стрелке в момент времени t (фиг.2) его пазом открывается щель излучателя 2. По мере открьшания щели световой поток, падающий на фотоприемник 5, возрастает, при этом увеличивается ток цепи базы транзистора 7, который начинает открываться. Происходит шунтирование излучателя 3, что приводит к увеличению тока излучателя 2. Возросший световой поток попадает на фотоприемник 5 и, в свою очередь, вызьшает увеличение тока базы, что приводит к дальнейшему открыванию транзистора 7, шунтированию излучателя 3,, возрастанию светового потока от излучателя 2 и т.д. Благодаря наличию положительной обратной связи по световому потоку ток излучателя 2 резко возрастает до номинального, а излучателя 3 - резко падает до нуля и на коллекторах обоих транзисторов 7 и 8 устанавливается нулевой потенциал (фиг.2 а). Принято, что падение напряжения на эмиттер коллекторном переходе открытого транзистора равно нулю. При этом на выходе амплитудного дискриминатора 10 формируется единичный сигнал (фиг.2 с), которьп поступает на вторые входы выходных элементов И 13 и 14, причем на элемент И 13 сигнал поступает через элемент 12 задержки. Однако на выходных шинах преобразователя сигналы не появляются, так как на первых входах элементов И 13 и 14 присутствует нулевой сигнал с выхода амплитудного дискриминатора 9. При дальнейшем вращении диска его диаметрально противоположным пазом в момент времени tj открывается Щель излучателя 3. Однако вследствие того, что он полностью шунтирован открытым транзистором 7 световой поток излучателя 3 отсутствует и состояние схемы преобразователя в этот момент времени не меняется. Дальнейшее вращение диска по часовой стрелке приводит в момент времени tj к закрьшанию щели излучателя 2, что обеспечивает резкое возрастание выходного сигнала с коллекторов транзисторов 7 и 8 от О до и (фиг.2 а) за счет того, что при затемнении фотоприемника 5 благодаря наличию положительной обратной связи по световому потоку транзисS1тор 7 закрывается и ток излучателя 2 резко падает. Это процесс ускоряется еще и тем, что при закрывании транзистора 7 уменьшается его шунти рующее действие на излу гатель 3, что пр водит к увеличению его светового потока. Так как к моменту времени t щель -излучателя 3 полностью открыта диаметрально противо положным пазом кодового диска 1 и благодаря наличию положительной обратной связи по световому потоку транзистор 8 резко открывается, подключая излучатель 3 на полное напряжение источника питания и одно временно шунтируя излучатель 2. При этом вьпсодной сигнал, снимаемый с коллекторов транзисторов 7 и 8, резко возрастает от О до U. . Скорость изменения выходного сигнала транзисторов 7 и 8 в общем случае зависит от характеристики из лучателей 2 и 3, выбора параметров транзисторов 7 и 8 и фотоприемников 5 и 6. При достаточно высоком коэффициенте усиления транзистора и использовании безьшерционных излучателей можно получить практически релейную выходную характеристику преобразователя. При скачкообразном возрастании сигнала на входах амплитудных дискриминаторов 9 и 10 от О до зна- чения и, их выходные сигналы меняют ся на противоположные (фиг.2 в,с), а именно, на выходе амплитудного дискриминатора 9 появляется ёякнкчньй, а на выходе амплитудного дискриминатора 10 - нулевой сигналы. Единичньй сигнал с выхода амплитудного дискриминатора 9 поступает на первый вход злемента И 13, а так ка в течение времени D на его втором входе еще присутствует единичный сигнал с выхода элемента 12 задержк (фиг. 2 е), то на выходной шине (+) преобразователя, связанной с выходо элемента И 13, формируется единичны сигнал длительностью о ( i - длительность задержки единичного сигна ла на выходах) элементов 11 и 12 за держки при изменении их входного сигнала из 1 в О. Единичный сигнал с выхода амплитуд ного дискриминатора 9 через элемент 11 задержки поступает также на первый вход элемента И 14, однако на е выход не проходит, так как по вто9рому входу элемент И 14 уже заблокирован нулевым сигналом с выхода амплитудного дискриминатора 10, причем появление нулевого сигнала на его выходе предшествует появлению единичного сигнала на выходе дискриминатора 9, так как уровни их срабатывания составляют соответственно fHU. При дальнейшем вращении диска и закрывании в момент времени tA щели излучателя 3 процесс изменения тока его фотоприемника 6 протекает в обратном порядке, и транзистор 8 закрывается. Так как транзистор 7 бып закрыт ранее (в момент времени tj), то излучатели 5 и 6 вновь подключаются последовательно к источнику напряжения и и на выходной шине фотодатчиков вновь устанавливается потенциал J (фиг.2 а). Вращение кодового диска 1 против часовой стрелки вызывает обратный порядок работы излучателей 2 и 3. (фиг.2), причем если в рассмотренном Bbmie случае вращения кодового диска по часовой стрелке сигнал на выходной шине излучателей 2 и 3 изменяется в последовательности и „ „ и 0 и - 2 то при вращении против часовой стрелки их выходной сигнал изменяется в последовательности §- «-0-1 Очевидно, что при изменение выходного сигнала излучателей от значения и до О узел 4 разделения выходных сигналов формирует единичный сигнал длительностью на выходе элемента И 14 связанном с выходной шиной (-) преобразователя. Следовательно, при вращении диска по часовой стрелке в мймент закрывания щели первого по ходу вращения излучателя сигнал на выходной шине транзисторов скачкообразно изменяется от О до и, а при обратном вращении - от U до 0. Эти изменения преобразуются логической схемой в импульсные сигналы на соответствующих выходных шинах преобразователя Если в рабочей зоне (зоне открьшания щели одного или обоих 7И излучателей) происходит изменение направления вращения кодового диска, то выходные импульсы либо не появляются вовсе (если реверс происходит в интервале времени от tЛлибo появляется пара импульсов, прямой и обратный (если реверс происходит в интервале времени от 1адо ц),что при использовании реверсивного счета исключает возможность ошибки. Если в рабочей зоне происходят многократные колебания кодового диска, вызываемь1ё, например, вибрациями, а первоначальное направление вращения диска не меняется, и если эти колебания настолько значитель69ные, что перекрывают точки формирования выходных импульсов противоположных знаков, то преобразователь формирует 3,5,7 и т.д. импульсов,причем 2,3,4 и т.д. из них формируются на выходной шине, соответствующей начальному направлению вращения, что при использовании реверсивного счета также исключает возможность ошибки. Таким образом, в преобразователе выходные импульсы в зависимости от направления вращения диска формируются либо на шине прямого счета (н) при вращении по часовой стрелке, либо на вшне обратного счета (-) при вращении против часовой стрелки.

Врацение no часовой стреме

Зона offMptumoa вея I аояювоттнаг

Лрвваше nfonuB wceSau етрелм

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий последовательно расположенные на оптической оси первый излучатель, кодовый диск и первый фотоприемник, первый вывод которого соединен с первым выводом первого излучателя и с шиной нулевого потенциала, а второй вывод - с базой транзистора первого ключа, коллектор которого соединен с вторым вьшодом перЬого излучателя, а эмиттер - с шиной питания, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения преобразователя, в него.введены узел разделения выходных сигналов и второй излучатель, второй фотоприемник, второй ключ на транзисторе обратной проводимости, первые вьюоды второго излучателя и второго фотоприемника соединены с шиной питания, второй вьшод второго фотоприемника соединен с базой транзистора обратной проводимости второго ключа, коллектор которого соединен с вторым выводом второго излучателя, с коллектором транзистора первого ключа и с входом узла разделения выходных сигналов,а эмиттер соединен с шиной нулевого потенциала. 2.Преобразователь по п.1, о тличающийс я тем, что узел разделения выходных сигналов содержит два амплитудных дискриминатора, рходы которых соединены с входом узла разделения выходных сигналов, (Л два элемента задержки и два элемента И, выход первого амплитудного дискриминатора непосредственно и через первый элемент задержки соединен с первыми входами соответственно первого и второго элементов И, выход второго амплитудного дискриминатора непосредственно и через второй элемент задержки соединен с вторыми 4 сд входами соответственно второго и первого элементов И. Од 3.Преобразователь по п.1, отсо личающийся тем, что фотоприемниКи и соответствующие им излучатели расположены в плоскос ти кодового диска с возможностью поочередного перекрытия соответствующих оптических осей.

Т It fe |,

и

,1

1 li

Ла.2