Многоканальный переключатель Советский патент 1985 года по МПК H03K17/78 

Изобретение относится к автоматике и телемеханике и может быть использовано в качестве бесконтактного коммутирующего устройства с механическим управлением.

Цель изобретения - упрощение путем уменьшения количества датчиков.

На фиг. 1 представлена функциональная схема одного из каналов предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - конструкция задающего устройства для случая четырех каналов; на фиг. 4 - схема преобразования в выходной позиционный сигнал.

Многоканальный переключатель содержит орган 1 управления поворотного типа, на выходной оси 2 которого закреплен подвижный элемент 3, одновременно взаимодействующий с одним из магнитоуправляемых ключей 4-1,..., 4-4, состоящим из датчика 5 Холла, операционного усилителя 6, выходного ключевого элемента, токового ключа 7, и с одним из оптоэлектронных датчиков 8-1,..., 8-4, состоящим из светодиода и фоторе зистора и выходного формирователя разряда - компаратора 9-1,..., 9-4. Прямой и инверсный выходы компаратора соответственно А, А каждого из разрядов являются кодовыми сигналами переключателя. Первые выводы цепей питания обоих датчиков каждого из разрядов подключены к первой (общей) шине питания. Ко второй шине питания ( + U) подключены второй вывод цепи питания и один вывод магнитоуправлемого ключа, второй вывод которого соединен со вторым выводом цепи питания оптоэлектронного датчика.

Задающее устройство выполнено в виде платы 10 с восемью фиксированными угловыми положениями-позициями 11 -18 подвижного элемента 3 соответственно, на первых четырех из которых установлены датчики: магнитоуправляемые ключи 4-1,..., 4-4, и оптоэлектронные датчики 8-1,..., 8-4 соответственно. Подвижный элемент 3 выполнен с зеркальной внутренней поверхностью 19 и локально намагничен в п-4 местах соответственно участки 20, 21, 22 и 23 в направлении оси привода. Прямые и инверсные выходы компараторов 9 четырех разрядов соответственно 24-31 подключены к соответствующим входам дешифратора 32, с выхода которого снимается позиционный сигнал в десятичном коде. Второй вариант схемы детектирования может представлять собой функциональную перестановку датчиков первого варианта исполнения: в качестве управляющего датчика взят оптоэлектронный ключ, содержащий оптоэлектронный датчик, усилитель, токовый ключ, который коммутирует цепь питания выходного гальваномагнитного датчика и его операционного усилителя.

Многоканальный переключатель работает следующим образом.

В исходном состоянии подвижный элемент 3 находится в нейтральном положении относительно датчиков, установленных на позициях 11 -14. При включенном источнике напряжение питания подается на магнитоуправляемые ключи четырех разрядов соответственно 4-1, 4-2, 4-3, 4-4. Датчики Холла не возбуждены, так как не взаимодействуют с намагниченными участками подвижного элемента. Ключи находятся в непроводящем состоянии, отключая цепи питания выходных датчиков.

На прямых выходах компараторов четырех разрядов формируются «0 -сигналы, а «1 -сигнал формируется на 28 выходе дешифратора 32. При установке оператором органа управления в первое фиксированное положение (по часовой стрелке)- позицию

11,локально намагниченный участок 20 подвижного элемента 3 взаимодействует с

магнитоуправляемым ключом 4-1 ЭДС. Холла усиливается и подается на управляющий вход токового ключа 7, последний переходит в проводящее состояние и подключает

Q к шине питания +U цепь питания выходного оптоэлектронного датчика 8-1. На вход компаратора 9-1 напряжений подается сигнал, превышающий его порог срабатывания и последний переключается с формированием на прямом выходе сигнала. В первом положении подвижного элемента его сектор перекрывает оптоэлектронный датчик 8-1 Световой поток от излучаемого светодиода отражается от зеркальной поверхности подвижного элемента и попадает на фоторезистор, уменьшая сопротивление последнего. Таким образом, в первом положении органа управления «1 «-сигнал возникает на прямом выходе участка 21 компаратора 9-1 при «0 -сигналах на остальных прямых выходах 26 28, 30 компараторов остальных разрядов. При установке оператором органа

управления во второе фиксированное положение подвижный элемент 3 перекрывает два датчика, установленных на позициях 11 и

12.Намагниченный участок 20 взаимодействует с магнитоуправляемым ключом 4-2, а

участок 21 с магнитоуправляемым ключом 4-1. Оба указанных ключа переходят в проводящее состояние и подключают цепи питания выходных оптоэлектронных датчиков тех же каналов. На выходах 24-1, 26-1 компараторов 9-1 и 9-2 формируется «1 -сигналы

при «0 -сигналах на прямых выходах компараторов 9-3 и 9-4, соответственно 28-0 и 30-0.

В третьем фиксированном положении органа управления подвижной элемент перекрывает датчики трех позиций 11, 12 и 13

0 при этом «1 -сигналы на прямых выходах компараторов 9-1, 9-2 и 9-3 поступают на вход дешифратора 32. Аналогично происходит процесс формирования выходного кодового сигнала при установке оператором органа управления последовательно в позиции 14, 15, 16 17 и исходную позицию 18. На выходах компараторов 9-1,- 9-4 при последовательном перемещении органа управления (полный поворот вокруг оси) формируются сигналы в коде Джонсона соответственно 0000, 0001, ООП, 0111, 1111, 1110, 1100 и 1000. Дешифратор 32 преобразует код Джонсона в десятичный код. Таким образом, каждому фиксированному положению органа управления соответствует определенное положение подвижного элемента взаимодействующего с комбинацией датчиков, установленных по позиционному принципу на первых четырех позициях переключения, и формирование на выходах компараторов 9-1-9-4 комбинации сигналов в коде Джонсона.

Реализация в многоканальном переключа теле кода Джонсона позволяет уменьшить число используемых датчиков по сравнению с позиционным вариантом вдвое.

В качестве магнитоуправляемых ключей могут быть использованы микросхемы К1116КЛ4, оптоэлектронных датчиков - резисторные оптопары типа АОР113А с открытым оптическим каналом. Дешифратор кода Джонсона в десятичный код выполняется по известным схемам, например на двухвходовых элементах И-НЕ.

н

Конструкция задающего устройства проста, технологична. Датчики, установленные по позиционному принципу, оказывают небольшое воздействие друг на друга. Подвижный элемент с внутренней зеркальной поверхностью может быть выполнен из немагнитного материала с последующей запрессовкой по дуге окружности цилиндрических постоянных магнитов, либо из магнитотвердого материала с локальным намагничиванием в 4-областях.

Как и схема детектирования прототипа, схема детектирования предлагаемого устройства обладает повышенным уровнем помехоустойчивости. Ложный сигнал на выходе переключателя возможен при одновременном воздействии помех на оба датчика одновременно: гальваномагнитньж и оптоэлектронный.

Уменьшение числа преобразовательных элементов (используя код Джонсона) как менее надежных элементов схемы детектирования повышает общую надежность схемы и упрощает ее.

/ - „и

фиг.З

1. МНОГОКАНАЛЬНЫЙ-ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ, содержащий подвижный элемент, кинематически связанный с органом управления с п фиксированными положениями и взаимодействующий в каждом разряде с двумя датчиками разной физической природы, установленными попарно на плате с равным угловым шагом на радиусах по окружности, выходной ключевой элемент одного датчика включен в цепь питания другого датчика, выход которого подключен к входу выходного формирователя разряда, отличающийся тем, что, с целью упрощения путем сокращения количества датчиков, в него введен дешифратор, имеющий п выходов и число парофазных входов, равное количеству разрядов, подвижный элемент выполнен в виде сектора, охватывающего половину смежных фиксированных положений, причем датчики каждого разряда расположены на поверхности одной половины смежных фиксированных -положений, а выходные формирователи разрядов подключены своими выходами к соответствующим входам дешифратора, выходы которого подключены к соответствующим переключаемым каналам. 2. Переключатель по п. 1, отличающийся тем, что один из датчиков каждого канала выполнен в виде магнитоуправляемого ключа, а другой датчик - оптоэлектронный (Л причем подвижный элемент имеет внутреннюю зеркальную поверхность и локально намагничен по дуге окружности в каждой из фиксированных п/2 позиций с тем же угловым шагом.