Преобразователь угол-временной интервал Советский патент 1985 года по МПК H03M1/50 

1 Изобретение относится к автомати ке и вычислительной технике и может быть использовано при построеНИИ отсчетной-части преобразователя угол - фаза - временной интервал - код. При проведении нейтрон-структурных исследований на ядерных реакторах, кристалл-дифракционных исследований на ускорителях, при решении задач, связанных с навигацией, требуется измерять линейные и угловые перемещения с высокой степенью точности. При этом в качестве датчиков перемещений широкое распространение получили индуктивные датчики (вращающиеся трансформаторы, индуктосины, редуктосины, сельсины и др.), работаювще в режиме фазо вращателя . Целью изобретения является упрощение преобразователя угла в цифровой код при сохранении точности пре образования. На чертеже представлена блок-схе ма предлагаемого преобразователя угол - временной интервал. Преобразователь содержит генератор 1 импульсов, делители 2 и 3 час тоты, источник 4 синусоидального квадратурного напряжения, дешифратор 5, синусно-косинусный датчик 6, первый 7 и второй 8 ключи, первый запоминающий элемент 9 (конденсатор) , фазоинверторы 10 и 11, фильтры 12 низкой ч астоты, компаратор 13 третий 14, четвертый 15, пятый 16 и шестой .17 ключи, второй запоминаю щий элемент 18 (конденсатор), форми рователь 19 временного интервала, второй фильтр 20 низкой частоты и компаратор 21. Преобразователь угол - временной интервал работает следующим образом Генератор 1 импульсов, делители 2 и, 3 частоты .выбраны таким образом что на выходах дешифратора 5 формируются короткие импульсы частотой следования f, несколько отличающей ся от меандра, образующегося на выходе делителя 2 частоты. Импульсы на выходе дешифратора 5 сдвинуты по фазе один относительно другого на четверть периода их следования. Импульсное напряжение частотой f„ с выхода делителя 2 частоты поступает тла вход источника 4 синусоидального квадратурного напряжения, с выходов 7 которого два синусоидальных сигнала, сдвинутые на 7i/2, поступают на входные обмотки датчика 6 и входы ключей 7 и 8, на управляющие входы которых Подаются с выхода дешифратора 5 короткие импульсы частотой f, сдвинутые один относительно другого на четверть периода. На объединенных выходах ключей 7 и 8 сигнал представляет собой ступенчатую синусоиду с амплитудой первой гармоники И, равной входным сигналам, и частотой fp-f. Высшие гармоники в таком сигнале присутствуют толнко начиная с частоты 3fo-ftt, а их амплитуда не больше - , где п - номер гармоники, 3fo-fn Поскольку начиная с номера частоты fj) и f достаточно близки, амплитуда высших гармоник мала и легко отфильтруется фильтром 12 низкой частоты. На выходе фильтра 12 формируется сигнал частотой , из которого формируется импульс старта временного интервала. На информационные входы ключей 14-17 поступают синусоидальные сигналы с выходов датчика, сдвинутые один относительно другого на четверть периода питающей частоты. На управляющие входы ключей 14-17 подаются короткие импульсы, следующие с частотой fл, близкой к частоте f, также сдвинутые один относительно другого на четверть периода. В точке соединения ключей 14-17 сигнал представляет собой ступенчатую синусоиду. . Первая гармоника этого сигнала имеет частоту , т.е. происходит преобразование частоты входного сигнала. Высщие гармоники в таком сигнале присутствуют с частотами выше (5fp-f). Амплитуда гармоник с такиочень мала и равна ми частотами где п - номер гармоники, 5fo-fn Поэ.тому выечиная с номера шие гармоники в ступенчатом синусоидальном сигнале легко уничтожаются фильтром 20 низкой частоты, и на его выходе имеем синусоидальный сигнал частотой fp-f{j фаза которого относительно синусоидального сигнала на выходе фильтра 12 прямо пропорциональна углу поворота датчика 6, Этот сигнал используется для формирования стопового импульса времен3

ного интервала. Если в сигналах выходных обмоток датчика присутствует составляющая с обратно вращающейся фазой, то на входе фильтра 20 низкой частоты она имеет вид балансно-модулированного сигнала с частотой 2fp, который легко фильтруется этим фильтром.

Таким образом, на выходе фильтра низкой частоты обратно вращающаяся составляющая, вызванная неравенством питающих датчик синусоидальных напряжений или их неортогональностью, а также неортогональностью входных обмоток датчика, практически полностью уничтожается. Полезный сигнал выходных обмоток датчика с прямо вращающейся фазой полностью передается на выход фильтра, однако на более низкой частоте. Преобразование частоты дает возможность увеличить разрешающую способность преобразователя.

Если в питаюпдих датчики напряжениях имеются высшие гармоники, то на выходе датчика они также присутствуют, причем прямо вращающиеся составляющие эти гармоник, как и в случае первой гармоники, сдвинуты

на друг относительно друга, а составляющие с обратно вращающейся фазой - на - 4 . При этом прямо вращающаяся составляющая третьей гармоники на входе фильтра 20 низкой частоты представляет собой балансномодулированный сигнал частотой 2fe и на выходе фильтра 20 уничтожается,

66307,4

Обратно вращающаяся составляющая третьей гармоники проходит на вход фильтра с частотой 3(f0-f). Для пятой гармоники выходных сигналов датчика уничтожается обратно вращающаяся составляющая. Все четные гармоники на выходе фильтра уничтожаются .

Следовательно, погрешности от 10 неперпендикулярности входных обмоток датчика и питающих его напряжений, а также неравенства их амплитуд в данном преобразователе малы и имеют второй порядок малости.

15 ,,.

В гетеродинном канале вместо сложного источника квадратурного напряжения, требующего подбора элементов и настройки, используется цифровой

20 двоичный двухразрядный дешифратор, не требующий настройки, преобразо ватели-модуляТоры частоты, содержащие сложные аналоговые устройства и много навесных элементов, требующие точной настройки, используемые в известном преобразователе,, заменены в предлагаемом двумя сборкамианалоговых ключей со средним бь1стродействием и двумя запоминающими

0 элементами (конденсаторами), не требующими никакой настройки. В частности, ключи 7, 8, 14, 16 и 17 могут входит в состав двухканального мультиплексора (например, 561КП1). В этом случае в него входит и дешифратор 5, т.е. ключи 14, 15, 16, 17, 7, 8 и дешифратор 5 входят в состав одной цифроаналоговой микро- схемы.

Г 2

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ - ВРЕМЕННОЙ ИНТЕРВАЛ, сод1ержа1 рй генератор даотульсов, выход которого через первый делитель частоты подключен к входу источника синусоидального квадратурного напряжения, выходы которого подключены к входам сннусно-косинусного датчика, первый фильтр низкой частоты, выход которого через первый компаратор подключен к первому входу фо1 Ирователя временного интервала, выход генератора нмпульсов подключен к входу второго делителя частоты, второй 4«льтр низкой частоты, выход которого через второй компаратор подключен к второму входу формирователя временного иятервала, отличающийся тем, что, с целью упрощения преобразователя, него введены два фазоинвертора, шесть ключей, два запоминаюцнх элемента и дешифратор, входы которого соединены с выходами второго делителя частоты, первьй и второй выходаг дешифратора подключены к управляющим входам первого, второго, третьего и четвертого ключей, а третий и чет-. вертый выходы - к управлюощим входам пятого и шестого ключей, выходы источника синусоидального Квадратурного напряжения пoдкJшчeI ll к ипформаЕЩонным входам первого и второго ключей, выходы которых объединены я подк;вочены к входам первого зйпоминакмцего элемента и второго фильтра низкой частоты, первьй выход сняусг но-косинусного датчика подключен к информационному входу третьего ключа и через nepmdl фаэоиквертор к информационному входу laiforo клоча, второй выходсинуснр-косинусного датОд Од чика подключен к инфо1Я4ационкому входу шестого ключа, выхода третьесо го, четвертого, пятого и шестого ключей объединены и подключены к .входам второго запоминайтего элемента и первого фильтра низкой частоты .