Преобразователь перемещения в код Советский патент 1987 года по МПК H03M1/28 

Изобретение относится к автоматике, а именно к преобразователям перемещения в код.

Цель изобретения - повышение точности преобразователя.

На фиг. 1 изображена функциональная схема преобразователя перемещения в код; на фиг. 2 - схема аналого- цифрового преобразователя; на фиг.З

схема блока формирования счетных им пульсов; на фиг. 4 - схема .блока коррекции напряжений; на фиг. 5 - схема блока управления; на фиг. 6 - временные диаграммы, поясняющие работу пре образователя.

Преобразователь перемещения в код содержит датчик 1, аналого-цифровой преобразователь 2 (АЦП), блок 3 формирования счетных импульсов, реверсивный счетчик 4, блок 5 коррекции напряжений, генератор 6 и блок 7 управления.

АЦП 2 содержит резисторы 8.1-8.К и компараторы 9.1 - 9.К, входы 10 и 11 опорных напряжений и вход 12 измеряемого напряжения.

Блок 3 формирования счетных импульсов содержит дифференцирующие цепи 13.1 - 13.(К+1), каждая из которых вьшолнена в виде элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 и элементов НЕ 15 и 16 с задержкой сигнала, элемент ИЛИ 17, элемент НЕ 18, элементы ИЛИ 19 - 22, входы 23 - 25 и выходы 26-29.

Ёлок 5 коррекции напряжений содержит компараторы 30 и 31, устройства 32 - 35 выборки-хранения, элемент НЕ 36, входы 37 - 41 и выходы 42-45.

Блок 7 управления содержит элементы НЕ 46 и 47, элементы НЕ 48 и 49 с задержкой сигнала, элементы ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 50 и 51, элементы И 52 - 54, триггеры 55 - 57, входы 58 - 61 и выходы 62-64.

Преобразователь работает следующим образом.

При перемещении измерительного органа (не показан) на первом выходе датчика 1 появляется электрический сигнал (фиг. 6, эпюра 65,- иллюстрирует случай перемещения измерительного органа в одном направлении с постоянном скоростью). На втором выходе датчика 1 появляется аналогичный первому электрический сигнал.

-10

-

15

20

25

30

35

40

45

50

55

но сдвинутый относительно него на четверть периода. .

Электрический сигнал 65 поступает на вход 37 блока 5 коррекции напряжений. На вход 39 блока 5 поступает сигнал с второго выхода датчика 1 , а вход 38 служит для приема сигналов генератора 6. Текущие значения напряжения сигнала 65 записы- . ваются в устройстве 32 выборки-хранения по управляющим импульсам 66 (фиг. 6) генератора 6. В момент О на выходе генератора 6 запись в устройстве 32 текущего напряжения сигнала 65 прекращается и в компараторе 30 производится сравнение текущего напряжения сигнала 65 с напряжением, записанным в устройстве 32 (фиг. 6, поз. 67). При переходе, сигнала 65 через экстремум происходит переключение компаратора 30 (фиг. 6, поз.68) Таким рбразом, вьщеляются моменты экстремумов сигнала 65 с первого выхода датчика 1. Аналогично вьщеляются моменты экстремумов сигнала с второго выхода датчика 1. Далее с выходов 42 и 45 блока 5 сигналы компараторов 30 и 31 поступают соответственно на входы 58 и 59 блока 7 управления. Сигнал 65 с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮПШЕ ИЛИ 50 поступает на входы элементов И 52 - 54. Элемент И 52 выделяет импульсы, возникающие в момент минимума сигнала 65, при этом на выходе 62 блока 7 возникает состояние 1 (фиг. 6, поз. 69), которое по гфиходу тактового импульса меняется на состояние О. Аналогично сигнал 70 на выходе 64 блока 7 форьгарует- . ся при переходе сигнала 65 через максимум. Сигналы 68 и 69 (фиг. 6) поступают на входы 40 и 41 блока 5 и служат для управления записью в устройства 34 и 35 соответственно напряжений максимума и минимума сигнала 65 .с выхода устройства.

В момент изменения направления перемещения возникает экстремум, запись которого в устройствах 34 или 35 запрещается сигналом с выхода элемента 51, формируемым в момент переключения компаратора 3. При этом используется тот факт-, что в момент изменения направления перемещения экстремумы на кривых сигналов с первого и второго выходов датчика 1 появляются одновременно, а во всех остальных случаях разнесе3

ны на четверть периода. Кроме того, в момент реверса на выходе элемента И 53 формируется импульс, переключающий триггер 56 в новое состояние Блок, 7 управления может иметь вход 61 установки, подача импульса на который перед началом измерений устанавливает на выходе 63 сос тояние, соответствующее положительному направлению перемещения (например

уровень О). Сигнал 68 (фиг. 6) с выхода 42 блока 5 поступает также н вход 23 блока 3 формирования счетны импульсов, где по его перепадам дифференцирующий элемент 13.К+ формирует короткие счетные импульсы 71 (фиг. 6), которые в зависимости от логического состояния на входе 25, соединенном с выходом 63 блока 7, поступает на выход прямого 26 или обратного 27 счета грубой шкалы. Между моментами появления дйух последовательных счетных импульсов 71 (фиг. 6) грубой шкалы измерительный орган перемещается на расстояние, равное полупериоду выходного сигнала датчика 1. Измерение перемещения с большим разрешением позволяет производить устройство интерполяции на основе АЦП 2, причем опорный сигнал подается на оба его вход 10 и II. Уровни 72 (фиг. 6) квантования распределяются между опорными напряжениями на входах 10 и 11 АЦП 2

Такое построение АЦП 2 позволяет из- 35 будет переполняться на каждом шаге

бежать операции аналогового вычитания опорных напряжений, что упрощает процедуру и устраняет один из источников погрешностей .

Электрический сигнал 65.(фиг. 6) с первого выхода датчика I поступает

на вход 12 АЦП 2. В процессе сравнения напряжения сигнала 65 с уровнями 72 (фиг. 6 квантования на выходах компараторов 9.1 - 9.К АЦП 2 появляется соответствующий унитарньй код, поступающий на входы 24 блока 3. Сигналы с входов 24 через дифференцирующие цепи 13.1 - 13.К, аналогичные цепи 13.К+1, поступают на входы элемента ИЛИ 17. Получаемые таким образом счетные импульсы 73 нониусной. шкалы (фиг. 6) поступают на выход прямого 28 или обратного 29. счета блока 3, откуда импульсы 73 нониусной шкалы следуют на вход первого разряда прямогоили обратного счета реверсивного счетчика 4.

0

С выходов 26 и 27 счетные импульсы грубой шкаль1 поступают на вход прямого или обратного счета разряда с номером m ) реверсивного счетчика 4, где К - количество компараторов 9, - 9.К в АЩ1 2, а также на входы установки в О либо в 1 в зависимости от направления перемещения младших (с 1-го по т-й) разрядов реверсивного счетчика 4. Таким образом, обеспечивается разрешающая спосббность преобразователя в () раз большая, чем разрешак1щая способность растровой шкалы датчика 5 1. Число разрядов грубой шкалы выбирается в соответствии с максимал - ным значением измеряемого перемеще- ния.

Разделение реверсивного счетчика 4 на две группы для подсчета отдельно меток грубой и нониусной шкалы и введение сброса группы нониусной шкалы по метке грубой шкалы позволяет снизить требование к устройствам формирования нониусных меток по быстродействию.

В этом случае нониусная шкала необходима лишь непосредственно перед остановкой измерительного органа, т.е. при малой скорости перемещения. При большой скорости перемещения работает грубая шкала, а нониусная может быть выключена, так кик результат ее работы заранее известен - она

0

5

0

грубой шкалы. Подобный режим работы возможен практически во всех случаях, кроме систем со следящей обратной связью.

Уменьшение влияния изменения размаха или постоянной составляющей электрического сигнала 65 с первого выхода датчика 1 на точность измерения перемещений обеспечивается тем,.что каждый период блоком 5 производится корректировка опорных напряжений, поступающих с выходов 43 и 44 на входы 10 и 11 опорных напряжений .

Формула изобретения

1. Преобразователь перемещения в код, содержащий датчик, первый выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, выходы котброго соединены с К информационными входами формирования счетных импульсов блока, первый и второй выходы которого соединены с первой группой входов прямого и обратного счета реверсивного счетчика, отличающийся тем что, с целью повьпления точности преобразователя, в него введены генератор импульсов, блок коррекции напряжений и блок управления, первый и второй выходы датчика соединены с первым и вторым входами блока коррекции напряжений, третий вход которого подключен к выходу генератора импульсов и первому входу блока управления, четвертый и пятый входы - к первому и второму выходам блока управления, первый выход соединен с вторым входом блока управления, второй выход - с третьим входом блока управления и (К+1)-м информационным входом блока формирования счетных импульсов, управляющий вход которого подключен к третьему выхо- Ду блока управления, третий и четвертый выходы блока формирования счетных импульсов соединены с второ группой входов прямого и обратного счета реверсивного счетчика, выходы которого являются выходами преобразователя, четвертый вход блока управления является входом установ Ю

5

0

5

0

ки направления перемещения, третий и четвертый выходы блока коррекции напряжений соединены с входами опорных- напряжений аналого-цифрового преобразователя.

2. Преобразователь по п. I, отличающийся тем, что блок формирования счетных импульсов содержит К+1 дифференцирующих цепей, элемент ИЛИ., четыре элемента И и элемент НЕ, входы дифференцирующих цепей являются информационными входами блока формирования., счетных импульсов,выходы К дифференцирующих цепей соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, входом Bi opo- го элемента НЕ, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, выходы первого и второго элементов И соединены с первыми входами первого и второго триггеров, выходы которых являются первым и вторым выходами блока управления, выход третьего элемента И соединен со счетньм входом третьего триггера, установочный вход которого является четвертым входом блока, выход третьего триггера является третьим выходом блока управления.

В.1

3.1

U

Изобретение относится к автоматике, а именно к преобразователям перемещения в код. Целью изобретения является повышение точности преобразователя. Для этого в преобсазователь перемещения в код, содержа-щий датчик 1, аналого-цифровой преобразователь 2. блок 3 формирования счетных импульсов и реверсивный счетчик 4, введены генератор 6, блок 5 коррекции напряжений и блок 7 управления. Поставленная цель, достигается за счет того, что количество периодов переменного сигнала датчика 1 преобразуется в код грубого отсчета, а в код точного отсчета преобразуется величина выходного сигнала датчика 1 с помощью аналого-цифрового преобразователя 2, опорные напряжения для которого формируются из максимального и минимального значений выходного сигнала датчигч . з.п. ф-лы, 6 ил. S Фаг. Г

IS.ff

,.9.к

П 12 Фи§. 2

97

4J

3€tП- 0 Уст.

S6

бл

Фи.б

Составитель А. Сидоренко Редактор Е. Копча Техред Л.Сердюкова Корректор В. Бутяга

Заказ 7730/59 Тираж 899Подписное

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