Преобразователь угла поворота вала в интервал времени и код Советский патент 1985 года по МПК H03M1/24 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровым преобразователям с оптическим считыванием информации.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности преобразователя.

На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг. 2 - пара оптических .преобразова телейСразрезы А-А, Б-Б, В-В, Г-Г); на фиг. 3 и 4 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь содержит входной вал 1, кривошип 2, кодовые диски 3 и 4, фотоприемники 5-7, источники 8-10 излучения, редуктор 11, двигатель 12, вал 13 двигателя, щели 14-1 кодовых дисков 3 и 4, пары 17-19 формирователей оптического сигнала, формирователи 20-22 импульсов, триггер 23, элемент И 24, одновибраторы 25 и 26, счетчик 27, блок 28 регистрации. Каждая пара 17-19 формирователей оптического сигнала (фиг. 2) содержит линзы 29 и 30, кольцевые обоймы 31 и 32, группы 33 и 34 оптических волокон, рамочные обоймы 35 и 36.

Преобразователь работает следующим образом.

Преобразуемый угол об задается углом поворота кривошипа 2, на котором установлены источник 8 излучения, фотоприемник 6 и пара 18 формирователей оптического сигнала. Двигатель 12 отрабатывает этот угол путем вращения кодового диска 4 и через редуктор 11 с редукцией U кодового диска 3. Щель 14 формирует сигнал начала измерения и является начальной меткой, образующей начальный импульс 37 (фиг. 3), который выдается фотоприемником 6. Одновременно с фотоприемника 7 вьщеляется сигнал, образующий масштабный импуль 38 (фиг. 5), Одновременность появления начального 37 и масштабного 38 импульсов достигается предварительной регулировкой кодовых дисков 3 и 4, при которой они устанавливаются так, чтобы щели 14 и 16 противостояли одна другой, т.е. имели один и тот же угол смещения относительно положения кривошипа 2. Проверка установки кодовых дисков 3 и 4 осуществляется по совпадению сигналов с фотоприемников 5 и 7 во времени.

Если вал 13 двигателя 12 вращается с постоянной скоростью, то фотоприемник 7 вырабатывает импульсы 38 через равные интервалы времени. При неравномерном его вращении эти интервалы изменяются. На фиг. 3 показано изменение интервалов между импульсами 38 во время разгона двигателя 12.

Если число оборотов вала 13 и кодового диска 4 равно П(, то число оборотов кодового диска З-п., т.е. . Поэтому пока щель 15, формирующая конечный импульс 39 (фиг. 3), проходит уголок, щель 16 (или щели, если ) может несколько раз пройти мимо фотоприемника 7. В результате выдается некоторое количество R импульсов 38, которое, несмотря на возможное непостоянство скоростей вращения кодовых дисков 3 и 4, пропорционально величине преобразуемого угла об . Интервалы времени t между выдачами импульсов 38 зависят от числа оборотов п, но каждому импульсу 38 соответствует один и тот же угол поворота кодового диска 3

21Г /Urn

Поэтому число R импульсов 38, вьщанное между начальным и конечным импульсами 37 и 39, равно

о I (Urn RMnte er -g jToo),

где операция integer означает выделение целой части числа. Между моментом выдачи R-ro импульса 38 и моментом вьщачи импульса 39 кодовый диск 3 поворачивается еще на некоторый угол др . Поскольку интервалы времени между вьщачами импульсов 38 малы, то можно с достаточным основанием принять скорость вращения вала 13 на протяжении последнего такого интервала постоянной. Тогда угол Л в может быть оценен по интервалу времени Q (фиг. 4) между R-M импульсом 38 и импульсом 39 как

Q

/i-/J-p-.

где Р - интервал времени между вьщачей R- и (R+1)-ro импульсов 38. Urn Р Хотя интервалы Р зависят от скорости вращения вала 13 и могут изменяться, каждому такому интервалу соответствует один и тот же уголу9, т.е. подсчет числа импульсов 38 даже при непостоянной скорости вращеНИЛ вала 13 дает возможность точно преобразовать основную часть угла od . Тогда для всего угла об можно записать ((RMl.g.4-, („ Q IT: ( Это уравнение устанавливает связь между результатами преобразования и углом oi . Отсюда видно, что вычи ляемое по нему значение не зависи от числа оборотов п f вала 13, так как отношение Q/P u/V/3 не зависит от п., если п,const. При вносимая погрешность тем меньше, ч меньше интервалы времени между выдачами импульсов 38. Уравнение (1) определяет функцию преобразования, при (R-1)Q/P можно пренебречь Q/P и тогда об К-ОцГ-р АФормирователи 20-22 по передним фронтам сигналов, выдаваемых фотоприемниками 5-7, формируют начальный, масштабные и конечньш импульсы 37-39 соответственно. При появлении импульса 37 триггер 23 устанавливается в единичное положение, и сигнал с его единично плеча разрешает прохождение импуль сов 38 с выхода формирователя 22 через элемент И 24 на счетный вхо счетчика 27. При появлении импульса 39 сигнал с выхода формировател 74 21 устанавливает триггер 23 в нулевое положение. При этом элемент И 24 перестает пропускать импульсы 38 на вход счетчика 27, в котором зафиксировано число R, на единицу большее (из-за импульса 38) числа элементарных углов у9 , уложившихся в преобразованном угле с . Одновременно сигнал с нулевого плеча триггера 23 воздействует на одновибратор 25. Импульс с его выхода поступает на блок 28 регистрации и открывает блок 29 ключей. Код R из счетчика 27 переписывается в блок 28 рёгистрации. Особенностью работы преобразователя является то, что он считает импульсы не от автономного генератора, частота которого может быть не связана со скоростью врашения вала 13, а масштабные импульсы 38, поэтому вращение вала 13 может быть нестабильным. На результате преобразования угла в код это не сказывается. Дальнейшее снижение случайной составляющей погрешности преобразования обеспечивают формирователи 17-19 оптического сигнала. Пара формирователей оптического сигнала (фиг. 2) работает следующим образом. Свет от источника 8 излучений собирается линзой 29 в параллельный пучок, который поступает на входы оптических волокон 33, откуда он в виде узкой полосы падает на поверхность кодового диска 3. Когда щель на кодовом диске 3 проходит мимо этой полосы света, то происходит освещение всех входов оптических волокон 34, которые собирают свет в круглый пучок, направленный линзой 30 на поверхность фотоприемника 5. В результате световой импульс имеет большую амплитуду, а значит, и крутые фронты, что ведет к увеличению разрешающей способности преобразователя в целом.

5 7 8 77

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В ИНТЕРВАЛ ВРЕМЕНИ И КОД, содержащий первый и второй источники излучения, оптически соединенные через первый кодовый диск со щелями с первым и вторым фотолриемниками, , третьи источник излучения и оптически с ним соединенный фотоприемник, двигатель, кинематически соединенный с первым кодовым диском, первые источник излучения и фотоприемник расположены на кривошипе, установленном соосно первому кодовому диску на входном валу преобразователя, вторые и третьи источники излучения и фотоприемники установлены неподвижно, триггер, элемент И, счетчик, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности преобразователя, в него введены три пары формирователей оптического сигнала, три формирователя импульсов, два одновибратора, блок регистрации, редуктор и второй кодовый диск с m масштабными щелями, сочлененный с валом двигателя и входным валом редуктора, выходной вал которого сочленен с первым кодоЕЬ1М.. диском, третьи источник излучения и с. 13 / фотоприемник установлены против m масштабных щелей второго кодового диска, пары формирователей оптического сигнала установлены на одной оптической оси между соответствующими источниками излучения и фотоприемниками по обеим сторонам кодовых дисков, выходы первого, второго и третьего фотоприемников соединены с входами соответствующих формирова-, телей импульсов, выходы первого и второго формирователей импульсов соединены с входами триггера, первый выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход коточ рого соединен с выходом третьего (Л формирователя импульсов, второй выс ход триггера соединен через первый одновибратор с первым входом блока регистрации, с входом второго одновибратора, выход которого соединен с управляющим входом счетчика, информационный вход которого соединен с выходом элемента И, выход счетчика 4 соединен с вторым входом блока ресо гистрации. Q1 2. Преобразователь но п.1, личающийся тем, что формиЧ рователь оптического сигнала содержит линзу, группу оптических волокон, кольцевую и рамочную обоймы, линза размещена на оптической оси формирователя перед кольцевой обоймой, которая соединена с входными концами группы оптических волокон, выходные концы которых соединены с рамочной обоймой, выполненной в виде прямоугольника, стороны которого пропорциональны линейным размерам щелей кодовых дисков.

(руг. /

LJLJLJLJLJL

38

Интерйал dpfпени, полууенний Spe

зуябтате прео6розо атя

Ru инпульс(Kti uимпульс

38

S-S М

Г-Г фиг.З