Фотоэлектрический преобразователь угол-код Советский патент 1985 года по МПК H03M1/50 

го сумматора, выход четвертого фотоприемника соединен с вторыми входами третьего и шестого перемножителей, выход генератора импульсов соединен с вторыми входами первого и второго формирователей импульсов и входом счетчика, выходы которого соединены с входами регистров точного и грубого отсчета, выход последнего разряда счетчика подключен к четвертому входу коммутатора и через фильтр - к входу фазорасщепителя, первый выход которого соединен с вторыми входами первого и четвертого перемножителей, а второй - с вторыми входами второго и седьмого перемножителей, выход первого фотоприемника соединен с вторым входом восьмого перемножителя.

2, Преобразователь угол-код по п. 1, отличающийся тем, что коммутатор содержит два триггера, инвертор, два элемента И-НЕ, три элемента И, элемент ИЛИ, первый вход коммутатора соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с первыми

197081

входами первого и второго элементовИ-НЕ и явлдется первым выходом ком- ; мутатора, выходы которых соединены с первым и вторым входами первого триггера соответственно, прямой выход которого соединен с первым входом.второго элемента И, а инверсный - с первым входом третьего элемента И, выходы второго и третьего элементов И подключены к первому и второму входам элемента ИЛИ, выход которого , является вторым выходом коммутатора, второй вход к оммутатора подключен к второму входу второго элемента И, третий которого соединен с инверсным выходом второго триггера, третий вход коммутатора соединен с вторым входом третьего элемента И, третий вход которого соединен с инверсным выходом второго триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, четвертый .вход коммутатора соединен с прямым входом второго триггера и вторым входом второго элемента И-НЕ и через инвертор - с вторым входом первого элемента И-НЕ.

1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ-КОД, содержащий источник света, оптически соединенный через подвижный и неподвижный растры с четырьмя фотоприемниками, на подвижном и неподвижном растрах нанесена одна дорожка с прорезями, генератор импульсов, два нуль-органа, счетчик и фильтр, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя и уменьшения его габаритов, в него введены восемь перемножителей, два сумматора и два блока вычитания, два формирователя импульсов, элемент задержки, коммутатор, регистры точного и грубого отсчетов, фазорасщепитель, при этом на подвижном и неподвижном растрах дополнительно нанесена вторая дорожка, число прорезей которой на единицу больше числа прорезей первой дорожки, при этом первая и вторая пары фотоприемников установлены в зоне сопряжения соответственно первых и вторых дорожек, выход первого фотрприемника соединен с первым входом первого перемножителя, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход которого через первый нуль-орган соединен с первым входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом коммутатора, первый выход которого подключен к управляющему входу регистра точного отсчета, выход второго фотоприемника соединен с первым входом второго перемножителя, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, выход первого фотоприемника соединен с первьтм входом третьего перемножителя, выход которого; подключен к первому входу первого блока вычитания, выход которого соединен с первым входом четвертого перемножителя, выход которого соединен с первым входом вто(Л рого блока вычитания, выход которого через второй нуль-орган соединен с первым входом второго формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, и через элемент задержки - с третьим входом коммутатора, второй выход которого со соединен с управляющим входом регистра грубого отсчета, выход второго фотоприемника соединен с первыми о эо входами пятого, шестого перемножителей, выход пятого перемножителя соединен с вторым входом первого блока вычитания, выход шестого перемножителя соединен с первьм входом второго сумматора, выход которого соединен с первым входом седьмого перемножителя, выход которого соединен с вторым входом второго блока вычитания, выход третьего.фотоприемника соединен с вторым входом пя- того перемножителя и первым входом восьмого перемножителя, выход которого соединен с вторым входом второ

Изобретение относится к автоматике и контрольно-измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления и регулирования.

Целью изобретения является повышение точности преобразователя и уменьшение его габаритов.

На фиг. 1 изображена структурная схема преобразователя, на фиг.2структурная .схема коммутатора.

Преобразователь содержит источник 1 света, подвижный растр 2, неподвижный растр 3, фотоприемники 4-7, перемножители 8-11, блок 12 вычитания, сумматор 13, перемножители 1А-17, сумматор 18, блок 19 вычитания, генератор 20 импульсов, счетчик 21, фильтр 22, фазорасщепитель 23, коммутатор 24,регистр 25 точного отсчета, регистр 26 грубого отсчета, блок 27 формирования сигнала канала точного отсчета, содержащий нуль-орган 28 и формирователь 29 импульсов, блок 30 формирования сигнала канала грубого отсчета, нуль-орган 31, формирователь 32 импульсов, элемент 33 задержки.

Коммутатор содержит два триггера 34 и 35, инвертор 36, два элемента И-НЕ 37 и 38, три элемента И 39-41, элемент ИЛИ 42..

Прс образ ов.ч17ель работает следующим образом.

Подвижный 2 и неподвижный 3 растры, на каждом из которых нанесено по две дорожки с числом штрихов

N и N + 1 освещаются источником 1 света и при перемещении подвижного растра 2, осуществляют манипуляцию светового потока на входе фотоприемников 4-7. В каждой паре фотоприемНИКИ сдвинуты на 1/4 шага шкалы,

поэтому на выходе пар фотоприемников 4, 5 и 6, 7 формируются сигналы вида sin Np(, cos N5 и sin{N + 1),

cos(N + 1)j, (где od - угол поворота подвижного растра).

Для формирования точного отсчета сигналы с фотоприемников 4 и 5 перемножаются с сигналами несущей частоты sin (Jo t и cos Hot соответственно от фазорасщепителя. 23 в перемножителях 16 и 17 и затем суммиРЗтотся в сумматоре 18.

Для формирования кода грубого отсчета сигналы с фотоприемников А, 5 и. 6, 7 подаются на соответствующие входы перемножителей 8, 9 и 10, 11. Сигналы Ug, U , U,o , U, с перемножителей 8,9 и 10, 11 после выполнения операций вычитания и сложения в блоке 12 вычитания и сумматоре 13, поступают на первые входы перемножителей 14 и 15, на вторые в-ходы которых поступают соответственно сигналы несущей частоты sinllot и cos Uflt с фазорасщепителя 23. Сигналы U 14 и Uij с перемножителей 14 и 15 поступают на вход блока 19 вычитания.

С учетом проделанных операций над входными сигналами с датчика, выращение 1), на выходе блока 19 вычитания имеет следующий вид

и,2 Ug - и, sin N cos (N + + 1)oi - cos NgSinCN + 1)oi -sinoc;

U| Uio U,| . cos Nj cos(N + + Do. + sin Nji sin(N + 1)o6 cosci.(1)

U, U, - U,4 U,, COS (Jot - U,2 sinlJ t cosCUgt -od).

Из выражения (1) следует, что на выходе блока 19 вычитания формируется сигнал постоянной амплитуды с частотой опорного напряжения, электрическая фаза которого линейно зависит от угла поворота подвижного растра и изменяется от О до 360 за полный оборот.

Синусоидальные сигналы U,g , U, подаются на входы блоков 27 и 30 формирования сигналов каналов точного и грубого отсчета соответственно.

Блок 27 формирования сигнала канала точного отсчета содержит нуль-орган 28, который фиксирует момент перехода через нуль напряжения Ujg , и формирователь 29 импуль-сов, которьй формирует импульс малой длительности по нуль-переходу

и синхронизирует его импульсами генератора 20 импульсов для избежания неопределенности считывания на числовой границе из-за непределеннос5 ти переброса триггеров счетчика 21 путем введения цепи синхронизации от генератора 20 импульсов на вход формирователя 29 импульсов, которая .смещает фазовый импульс от числовой границы.

Блок 30 формирования сигнала канала грубого отсчета содержит аналогичные нуль-орган 31, формирователь 32 импульсов, а также элемент 33 задержки.

Сформированный фазовый импульс точного отсчета с формирователя 29 импульсов поступает на первый вход коммутатора 24, на второй и третий 2Q входы которого поступают прямой с формирователя 32 импульсов и задержанный с элемента 33 задержки фазовые импульсы грубого отсчета, на четвертый вход блока согласования 25 и подключения отсчетов поступает сигнал со старшего разряда счетчика 2 1 .:

Полный цикл работы.преобразователя содержит два периода несущей частоты со р. В первом периоде опре30деляется код точного отсчета, а во втором - код грубого отсчета.

Коммутация отсчетов происходит следующим образом.

Сигнал со старщего разряда 5 счетчика 21 поступает, на счетный вход триггера 34, первый вход .элемента 37 через инвертор 36 на первый вход элемента 38, при этом на вторые входы элементов 37 и 38 подается 40 выходной сигнал элемента 39, первый вход которого соединен с прямым выходом триггера 34, а на второй подается фазовый импульс точного отсчета с формирователя 29 импульсов. 45 Выход элемента 39 подсоединен к управляющему входу регистра 25. Выходные, сигналы с элементов 37 и 38 подаются соответственно на первый и второй входы триггера 35, прямой 50 и инверсный выходы которого подсоединены соответственно к первым входам элементов 40 и 41, вторые входы которых соединены с. инверсным выходом триггера 34. На третий вход элемента И 40 подается прямой фазовый импульс грубого отсчета с формирователя 32 импульсов, а на третий вход элемента 41 задержанный с элемента

J

33 задержки. Выходные сигналы с элементов 40 и 41 поступают на вход элемента 42, выход которого подсоединен к управляющему входу регистра 26.

В первый период несущей частоты коммутатор 24 подключает фазовый импульс точного отсчета к управляющему входу регистра 25 точного отсчта, информационные входы которого соединены со соответст вующими выходами счетчика 21, т.е. фазовый импульс точного отсчета, появившийся в момент времени, когда на выходе счетчика 21 фиксируется код,пропорциональный Nj,, разрешает прохождени этого кода на выходы регистра 25 точного отсчета, т. е. с выходов регистра 25 точного отсчета в первый период несущей частоты снимается код точного отсчета..

Во второй период несущей частоты коммутатор 24 подключает прямой или задержанный фазовый импульс грубого отсчета к управляющему входу регистра кода грубого отсчета, информационные входы которых соединены с соответствующими выходами счетчика 21. На выходах регистра кода грубого отсчета в этот момент времени фиксируется код грубого отсчета, пропорциональный углу об .

Подключение прямого или задержанного фазового импульса грубого отсчета в коммутаторе 24 определяется кодом старшего разряда точного отсчета, полученного в первом периоде несущей частоты, т. е. стыковка отсчетов осуществляется по метод электрической двойной щетки, где опережение или отставание фазового импульса грубого отсчета в зависимости от. кода старшего разряда точного отсчета должно составлять

9708 Г6

1/4 кванта младшего разряда грубого отсчета.

Практически такая логика реализуется следующим образом. 5 Нуль-орган 31 блока 30 формирования сигнала канала грубого отсчета выполняется со смещенным уровнем срабатывания, так как вырабатываемый формирователем 32 фазовый импульс грубого отсчета проявляется с опережением Р, равным 1/4 кванта младшего разряда грубого отсчета, а на коммутатор подаются два сигнала, искосый и задержанный на 2Р 5 в элементе 33 задержки, тогда если в первом периоде несущей частоты в момент прихода фазового импульса точного отсчета код старшего разряда счетчик 21 О, то во втором периоде несущей частоты к управляющему входу регистра 26 кода грубого отсчета,коммутатор 24 подключает задержанный фазовый импульс грубого отсчета, а если код старшего разряда счетчика 21 1, то подключается прямой фазовый импульс грубого отсчета.

Таким образом, в предлагаемом устройстве- реализованы преимущества кодовых преобразователей считывания, а именно обеспечение съема информации об угловом положении вала относительно нулевого отсчета и восстановление информации относительно нулевого отсчета при кратковременных сбоях или отключении пита ния и кратковременном выходе из строя отдельных функциональных узлов.

Кроме того, повьш1ается точность преобразователя и уменьшаются габариты его кодирующего устройства, поскольку используются всего .две растровые дорожки и только четыре фотоприемника.

Г.

iJ

«si

2

e

;Г

РЪ

dbiifb

.i

2

i, t

5