Магнитомодуляционный преобразователь угла Советский патент 1986 года по МПК G01B7/30 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых перемещений.

Цель изобретения - расширение зоны линейности характеристики.

На фиг. 1 приведена блок-схема преобразователя; на фиг. 2 - график зависимости длительности импульсов от измеряемого угла

Магнитомодуляционный преобразователь угла содержит ротор 1 в виде постоянного магнита, чувствительные элементы 2 и 3, релейные элементы 4 и 5, включенные на выходе чувствительных элементов 2 и 3, первый 6 и второй 7 формирователи импульсов, элемент 8 ИЛИ, первый элемент 9 И, последовательно соединенные первый 10 и второй 11 одновибраторы, элемент 12 2-2И-ИЛИ, первый триггер 13, третий формирователь импульсов 14, второй триггер 15, второй 16 и третий 17 элементы И, сумматор 18, элемент 19 задержки, первый селектор 20 импульсов, четвертый 21 и пятый 22 элементы И, третий триггер 23, второй селектор 24 импульсов, инвертор 25, реверсивный счетчик 26, и элемент 27 памяти.

Магнитомодуляционный преобразователь угла работает следующим образом.

При повороте ротора с чувствительных элементов 2 и 3 магнитомодуляционного типа поступают широтно-модулированные последовательности (ШИМ) импульсов, относительная длительность которых (скважность) изменяется по гармоническому закону (синусоиды 28 и 29, фиг. 2) с относительным фазовым сдвигом 90°, соответствующим пространственному сдвигу чувствительных элементов 2 и 3 около ротора 1.

Сигналы с чувствительных элементов 2 и 3 проходят через релейные элементы 4 и 5, улучшающие форму импульсов, и формирователи 6 и 7 импульсов, которые формируют короткие импульсы по информационному фронту ШИМ. Последние сигналы через элемент 8 ИЛИ поступают на первый вход первого элемента 9 И, на второй вход которого поступает стробирующий импульс 30 (фиг. 2), формируемый относительно неподвижного фронта ШИМ с первого релейного элемента 4 с помощью последовательно соединенных двух одновибраторов 10 и 11. Длительность импульса и его расположение в периоде Т несущей частоты ШИМ соответствует участкам 31-34 синусоид 28 и 29, близким к линейным. В данном случае протяженность этих участков по 90° (сплошные участки синусоид 28 и 29, фиг. 2).

Триггер 13 устанавливается по первому входу через третий формирователь 14 импульсов по моменту неподвижного фронта ШИМ и устанавливается по второму входу тех коротких импульсов информационных фронтов ШИМ, положение которых в периоде совпадает с импульсом строба 30. На одном выходе первого триггера 13 получается близкий к линейному закон изменения

скважности ШИМ, отличный от пилообразного. Преобразование участков 31-34 синусоид 28 и 29 в пилообразные 31, 32, 35 и 36 производится путем инверсии участков 33 и 34 в диапазоне 180-360° угла а. Импульсы с первого релейного элемента 4 поступают на один вход второго элемента 16 И, на второй вход которого поступают импульсы информационного фронта ШИМ, которые проходят через элемент 16, если он

0 открыт импульсом 28, т. е. при т 28 -т 29, где т - длительность импульса ШИМ. Аналогично на выходе третьего элемента 17 И импульс появляется при т 28. Второй триггер 15 устанавливается в положение,

5 индуцирующее 28 Т29 или t-29 1:28 своими выходными сигналами разрешая прохождение через элемент 12 2-2И-ИЛИ прямого сигнала с первого триггера 13 или инверсного - с инверсного выхода триггера 13. Таким образом, на выходе последнего

0 получают пилообразный закон изменения относительной длительности ШИМ.

Шим-сигнал с выхода элемента 12 2-2И- ИЛИ поступает на один вход сумматора 18, на Е торой его вход - через элемент 19 задержки на период ШИМ Т.

При движении ротора в сторону увеличения угла последующий импульс ШИМ, длиннее предыдущего, поэтому разностный импульс с выхода сумматора 18 положителен, при движении ротора I в обратную сторону импульс с выхода сумматора 18 отрицателен. Полярность импульса с сумматора 18 показывает направление вращения ротора 1. Импульсы сумматора 18 имеют малую длительность, так как частота ШИМ 2-20 Гц, а за период Т ротор I даже при высокой скорости его вращения, например 5000 об/мин проходит не более 10°, что соответствует относительной длительности 0,1. Именно на такую максимальную длительность (или относительную длительность,

так как Т const) настроен первый селектор 24 импульсов, пропускающий только короткие импульсы.

При переходе с одного участка «пилы на другой, например с 31 на 32; с 32 на 33 и т. д., разностный импульс с сумматора 18

5 имеет длину размаха пилы. Появление такого длительного сигнала показывает, что датчик перещел на следующий участок «пилы. В преобразователе угла производится и расчет участков «пилы реверсивным счетчиком 26 с запоминанием результата в элементе 27. Причем при движении в одном направлении третий триггер 23 находится в соответствующем положении, разностные импульсы через второй селектор 20, пропускающий сигналы длительностью не менее

5 0,8-0.9 от длительности t30, проходят через один из элементов 21 или 22 и суммируются счетчиком 26. При движении ротора 1 в обратном направлении открывается вычитаю0

0

щии вход счетчика, число участков «пилы умеиьшается.

Таким образом, состояние выходных шин счетчика 26 в двоичном коде показывает номер участка пилы, на котором в данный момент находится ротор 1. Количество оборотов, которое может быть перекрыто данным преобразователем угла, определяется разрядностью Р счетчика 26. Так при Р 3 зона однозначного измерения угла составляет 630°, при Р 4 - 1350° и т. д.

На первом выходе преобразователя формируется код с выхода элемента 27 памяти, показывающий номер участка «пилы, а на втором - ШИМ-сигнал с выхода элемента 12 2-2И-ИЛИ, длительность которого определяет положение внутри одного участка «пилы.

Формула изобретения

Магнитомодуляционный преобразователь угла, содержащий ротор в виде постоянного магнита, вокруг которого с угловым сдвигом в 90° расположены два чувствительных элемента магнитомодуляционного типа с релейными элементами на выходе, элемент ИЛИ, первый элемент И, первый и второй формирователи импульсов, входы которых соединены с выходами первого и второго релейных элементов, а выходы, соответственно, с первым и вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого через по0

5

0

5

0

следовательно соединенные два одновибра- тора подключен к выходу первого релейного элемента, первый триггер, элемент 2-2И- ИЛИ, нечетные входы которого подключены к выходам первого триггера, первый установочный вход которого соединен с выходом первого элемента И, а второй - через третий формирователь импульсов с выходом первого релейного элемента, и сумматор, отличающийся тем, что, с целью расширения зоны линейности, он снабжен реверсивным счетчиком с элементом памяти, вторым и третьим триггерами, вторым и третьим элементами И, первые входы которых соединены с выходами первого и второго релейных элементов, вторые входы - с выходами второго и первого формирователей импульсов соответственно, а выходы подключены к входам второго триггера, выходы которого соединены с четными входами элемента 2-2И-ИЛИ, выход которого соединен с первым входом сумматора, элементом задержки, включенным между выходом элемента 2-2И-ИЛИ и вторым входом сумматора, четвертым и пятым элементами И, выходы которых соединены с входами реверсивного счетчика, первым селектором импульсов, включенным между выходом сумматора и первыми входами четвертого и пятого элементов И, к вторым входам которых подключены выходы третьего триггера, инвертором и включенным на выходе сумматора вторым селектором импульсов, выход которого подключен к первому входу третьего триггера непосредственно, а к второму - через инвертор.

фиг. 2

Составитель В. Николаев

Редактор Л. ПовханТехред И. ВересКорректор И. Эрдейи

Заказ 2699/45Тираж 670Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к бесконтактным датчикам положения, к датчикам положения ротора вентильных электродвигателей, преимущественно магнитомодуляционного типа. .Устройство может быть использовано в системах контроля и автоматики различного назначения. Целью изобретения является увеличение зоны линейности выходной характеристики датчика и за счет этого расширение функциональных возможностей устройства. Для этого введены два селектора импульсов, сумматор, схема задержки импульсов, счетчик с элементом памяти. Это позволяет расширить практически неограниченно зону однозначного измерения угла и расширить области применения данного устройства. 2 ил. ьэ со 4 1чЭ