Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1986 года по МПК H03M1/24 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано при измерении относительных углов в геодезии э машиностроении, научных исследованиях и других областях.

Цель изобретения - повьшение точности преобразователя угла поворота вала в код.

На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя угла поворота вала в код; на фиг.2 - структурная схема дискриминатора уровня.

Преобразователь содержит входной вал 1, ось вращения которого совпадает с осью OY, двигатель 2, на валу которого закреплено зеркало 3, объектив 4, диафрагму 5, фотоприемник 65 основной и дополнительный осветители 7 и 8, перед которыми установлены щелевые диафрагмы 9 и 10 соответственно, блок 1I формирования выходного сигнала, который содержит формирователи 12 и 13 импульсов, преобразователь 14 временных интервалов в код, ключи 15 и 16, формирователи 17-20 импульсов, одновибратор 21, элементы ИЛИ 22,23 и 24, триггеры 25 и 26.

Двигатель 2, объектив 4, диафрагма 5 и осветитель 7 со щелевой диафрагмой 9 установлены на неподвижном основании (не показано), а осветитель 8 со щелевой диафрагмой 10 связан с входным валом 1.

Преобразователь работает следующим образом.

При вращении зеркала 3 вокруг оси OY с угловой скоростью fjJ изображение чувствительной площадки фотоприемника 6, ограниченное диафрагмой 5 сканирует в плоскости XOZ, в .которой находятся осветители 7 и 8 с установленными перед ними щелевыми диафрагмами 9 и 10. При сканировании щелей диафрагм 9 и 10 на выходе фотоприемника 6 формируются стартовые и стоповые импульсы соответственно, временной интервал At между которы- 1 характеризует угол поворота о - входного вала 1 относ 1тельно основания.

С выхода фотоприемника 6 эти импульсы подаются на вход блока 1I. Ширина стартовых и стоповых импульсов определяется шириной щелей диафрагм 9 и 10. В преобразователе ширина щели диафрагмы 9 больше ширины щели диафрагмы 10. При этом длительность Т,

стартового импульса больше .длительности f,, стопового и {пульса . Параметры одновибратора 2 подобраны таким образом,, что длительность t импульсов, формируемых последним, постоянна и лелшт в интервале Г i Г i Г

например

0,5(7, ч-Т

7,

Исходное

состояние триггеров 25 и 26 нулевое (команда Установка в О через элементы 23 ИЛИ и 24 подается на вход .до начала цикла измерений на S-входы триггеров 25 и 26 соответственно), следовательно, ключи 5 и 16 по управляющим входам, соедине ньм с пря- мьми выходами триггеров 25- н 26 соответственно, закрыты. Импульс с выхода фотоприемника 6 подается на вход формирователя 17, которьй по фронту этого импульса формирует .импульс запуска одновибратора 21, Последний формирует на вьсходе импульс длительностью 1 . По срезу этого имггульса формирователь 18 формирует импульс, который через элемент 22 ШЖ поступает на S -вход триггера 25, что вызывает переход последнего в единичное состояние и, следовательно, ключ 15 по управляющему входу открывается. Очевидно, что если первый импульс на выходе фотоприемника б имеет длительность L (стоповый импульс), то он на вход формирователей 12 и 13 не поступает (к моменту открывания ключ 15 по управляющему входу этот импульс уже закончится), и схема подготовлена к беспрепятственному прохойэдению стартового импульса,

л длительностью ( L 5 через ключ 13 на вход формирователя 12 (при

этом очередной импульс формирователя (8 подтверждает единичное состояние триггера 25). По-срезу стартового импульса,, длительностью L (некоторому уровню a-iO 5 5 А, где А амплитуда стартового импульса), формирователь 19 формирует импульс, кото- рьш поступает через элемент ИЛИ 23 на R-вход триггера 25, переводя его в нулевое состояние (ключ 15 закрывеется), и на триггера 26, переводя его в единичное состояние. При этом ключ i6 по управляюще1чу входу открывается. Следовательно, очередной стоповый импульс, длителькостью L , беспрепятственно поступает через ключ 16 на вход форг-шро- вателя 13. По срезу стопового импульса (уровню А) формирователь 20 формирует импульс, который подается через элементы ИЛИ 22 и 24 на S-:BxoA триггера 25 и R-вход триггера 26 соответственно. При этом триггер 25 переходит в единичное состояние, а триггер 26 - в нулевое, обеспечивает условия для прохождения очередного стартового импульса на вход формирователя 12 (импульсом формирователя 18 через время L ; ; - подтвердится единичное состояние триггера 25). В дальнейшем работа элементов блока 11 повторяется.

Если же первым на вход блока 11 поступает стартовый импульс, длительностью L.. I

, то в течение

времени t,-, (времени срабатывания одновибратора и, следовательно, перехода триггера 25 из нулевого в , единичное состояние) ключ 15 остается закрытым. Через время Т ключ 15 откроется, и стартовый импульс, длительностью i ci t, - „ , поступает на вход формирователя 12.

Для исключения связанной с этим погрешности формирователь 12 должен обеспечивать временную привязку к срезу стартового импульса (по уровню 0,5 А). Так как во всем цикл измерений обрезается только лишь первый стартовый импульс (в дальнейшем работа элементов блока 11 абсолютно аналогична выше описанному случаю), а преобразователь 14 временных интервалов в код может быть включен после включения блока 1I в целом (достаточное, чтобы эта задержка i, была больше Т, где Т

2TI

-г- - период развертывания), можно

иосуществлять временную привязку и к фронту стартового импульса (по уровню 0,5 А).

Точность преобразования угла Ы. поворота входного вала 1 в код зависит как от точности преобразователя в код интервала At, так и от точности преобразования угла о во временной интервал At. Точность этого преобразования при пороговой обработке существенно зависит от длительности фронтов импульсов tф , формируемых на выходе фотоприемника 6. При этом чем вывш крутизна фронта импульса (меньше tg, ) при заданном пороге срабатывания формирователей 12 и 13, тем меньше погреш28281

ность преобразования угла а во временной интервал Д t. Длительность фронта t(p зависит от диаметра D диафрагмы 5, ее расстояния от объекти5 ва 4, параметров последнего (фокусного расстояния и диаметра входного зрачка), расстояния 1 от оси вращения зеркала 3 до изображения диафрагмы, равного расстоянию от этой оси

до каждой из щелевых диафрагм 9 и 10, и угловой скорости jJ вращения зеркала 3. Если диафрагма 5 имеет диаметр D5 2г (г - радиус первого темного кольца в дифракционном изоб 5 ражении светящейся точки, находящейся в пределах щелевой диафрагмы), а ширина d щелей 9 и 10 такова, что d D (D - диаметр изображения диафрагмы 5), длительность фронта импуль20 сов, формируемых на выходе фотоприемника 6, может быть определена по формуле

D + г

г - радиус первого темного кольца (кружка Эри), отнесенный в плоскость осветителей

(плоскость XOZ).

Так как расстояние от диафрагмы 5 до объектива выбрано больше его двойного фокусного расстояния, то изображение диафрагмы 5 в плоскости

XOZ уменьшенное. Это позволясвт полу- чить малую длительность фронтов импульсов t, формируемых на выходе фотоприемника 6, ограниченную лишь дифракцией, и эффективнее использовать

чувствительную площадку фотоприемника 6.

Кроме того, так как расстояние 1 от оси вращения зеркала до изображения диафрагмы 5 равно расстояниям от этой оси до каждой из щелевых диафрагм, последние при вращении зеркала выполняют функции ножей Фуко, т.е. модуляторов, совмещенных с плоскостью

изображения диафрагмы 5. Это позволяет получить наименьшую длительность фронтов tq, импульсов И освещать при этом чувствительную площадку фотоприемника 6, ограниченную диафрагмой 5,

пятном неизменного размера, освещенность которого за время tq, изменяется от минимального до максимального значения.

Si

Формула изобретения

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий оптически соединенные основной осветитель, плоское зеркало, установленное на валу элетктродвигателя под углом ci к пло™ скости вращения вала, объектив, диафрагму, фотоприемник 5 блок формирования выходного сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены дополнительный осветитель первая и вторая щелевые диафрагмы, выполненные с различной шириной щелей , а блок формирования выходного сигнала содержит два ключа, шесть формирователей импульсов, одновибра- тор, три элемента ИЛИ, два триггера и преобразователь временных интервалов в код, первая и вторая щелевые диафрагмы расположены в оптически сопряженных плоскостях, дополнительный осветитель кинематически соединен с валом контролируемого об7зекта оптически соединен через первую щелевую диафрагму с плоским зеркалом, вторая щелевая диафрагма расположена на оптической оси между основным осветителем и плоским зеркалом, а оп- тические оси основного и дополнительного осветителей расположены в плоскости, проходящей через центр вращения плоского зеркала перпендикулярно оси вала электродвигателя, пер

to

5

25 3028281 g

вые входы ключей и вход первого ф ор- мирователя импульсов объединены и - вляются входом блока формирования выходного сигнала, соединенным с 5 выходом фотоприемника, выход первого формирователя импульсов через после довательно соединенные одновибратор и второй формирователь импульсов соединен с первым входом первого элемента ИЛИ„ вькод которого соединен с первьм входом первого триггера, выход которого соединен с вторым входом первого ключа, выход которого соединен через третий формирователь импульсов с первыми входами второго элемента ИЛИ и второго триггера, через четвертый формирователь импульсов - с первым входом преобразователя временных интервалов в код., выход второго триггера соединен с вторым входом второго ключа, выход которого соединен через пятый формирователь импульсов с вторым входом преобразователя временных интервалов в код и через шестой формирователь импульсов - с вторым входом первого элемента ИЛИ и с первым входом третьего элемента ИЛИ, вторые входы второго и третьего элементов 1-ШИ объединены и являются входом установки начального состояния, выходы второго и третьего элементов ИЛИ соединены с вторыми входами первого и второго триггеров соответственно.

20

т

. fffffi/ - мою состо ft ни а

сбщ.б

27

г, 2

Составитель Ю,Котов Редактор Т.Митейко Техред И.Верес Корректор Т. Колб

Заказ 2297/58 Тираж 816Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Г-12

щ

25

J

7J

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при измерении относительных углов в геодезии, машиностроении, научных исследованиях и др. областях. С целью повьшения точности преобразователя в него введены дополнительный осветитель, две щелевые диафрагмы, а блок формирования выходных сигналов выполнен содержащим два аналоговых ключа, шесть формирователей импульсов, одновиб- ратор, три элемента ИЛИ, два триггера и преобразователь временных интервалов в код. При вращении зеркала, установленного под углом 45° к плоскости вращения, на выходе фотоприемника формируются стартовые и стоповые импульсы, пропорциональные углу поворота осветителя и положению зеркала относительно осветителя. Эти импульсы являются управляющими для задания работы блока формирования выходного сигнала. Длительность сигнала, сформированного между мрментом поступления стартового импульса и между моментом поступления стопового импульса, пропорциональна относительному угловому перемещению вала преобразователя и зеркала. Этот сигнал преобразуется в код. 2 ил. i О) 1C ts9 00 Is9 00