Преобразователь перемещения в код Советский патент 1987 года по МПК H03M1/50 

1 1

Изобретение относится к технике аналого-цифрового преобразования перемещений и может быть использовано в системах автоматики дискретного iдействия, содержащих управляющие вы- числительные машины.

Цель изобретения - повьшение точности преобразователя перемещения в код.

На фиг. 1 приведена принципиаль- ная схема преобразователя перемещения в код; на фиг. 2 - конструкция блока считывания; на фиг. 3 - графики зависимости напряжений на информационных выходах блока считывания от перемещений.подвижного элемента; на фиг. 4 - временные диаграммы работы преобразователя; на фиг. 5 - совмещенные по осям ординат график временной зависимости выходного напряжения функционального преобразователя блока точного отсчета и график зависимости выходного напряжения одной из вторичных обмоток блока считы вания от перемещения.

Преобразователь перемещения в код содержит блок 1 считьтания, блок 2 согласования, блок 3 грубого отсчета блок 4 точного отсчета. Блок 1 считывания выполнен в виде первичной обмотки 5 и К вторичных обмоток 6-8 (на фиг. 1 приведен пример для ). Блок 2 согласования выполнен в виде пороговых элементов 9-11, ключей 12- 14, порогового элемента 15, элемен- тов И 16-18, интерторов 19-21, элемента И 22. Блок 3 грубого отсчета выполнен в виде элементов И 23-26, регистра 27, преобразователя 28 кода с выходом 29. Блок 4 точного отсчета выполнен в виде генератора 30, делителя 31 частоты, генератора 32 пилообразного тока, элемента И-НЕ 33, компаратора 34, элемента И 35, счетчика 36, регистра 37 с выходом 38, формирователя 39 импульса и суммато- ра 40, делителя 41 напряжения, ключа 42, интегратора 43, делителя 44 напряжения, интегратора 45, делителей 46 и 47 напряжения, образующих функциональный преобразователь 48.

Блок 1 считывания вьшолнен в виде ферромагнитного,цилиндрического основания 49 с закрепленными на нем первичной обмоткой 5 и вторичными обмотками 6-8, вторичные обмотки 6-8 разделены между собой диэлектрическими прокладками 50, подвижного эле

0

55

O 5 5

30

40

45

182

мента 51, выполненного в виде полого

ферромагнитного цилиндра.

Преобразователь перемещения в код работает следующим образом.

Выходные импульсы задаклцего генератора 30 преобразуются делителем 31 частоты в сигналы пониженной частоты, длительность импульсов которых близка к периоду их следования. Импульсы управляют работой генератора 32 таким образом, что в-течение их длительности на выходе генератора 32 формируется пилообразный ток, который создает линейно изменяющийся магнитный поток между обмотками 5-8..

Магнитное сопротивление цепи, по которой замыкается каждая из составляющих магнитного потока, в.основном складывается из магнитного сопротивления участков ферромагнитного основания 49, охватываемых соответствующей вторичной обмоткой 6-8,и магнитного сопротивления воздушной области, окружающей соответствующую обмотку

6-8. Причем, когда к обмоткам 6-8 приближается подвижный элемент 51, магнитное сопротивление воздушной области снижается тем сильнее, чем большая часть данной вторичной обмотки охватывается подвижным элементом 51.

Таким образом, величины магнитных потоков через вторичные обмотки 6-8 зависят от координаты подвижного элемента 51, отсчитываемой вдоль оси X контролируемых перемещений (ось х неподвижна, координата X для определенности отсчитывается по положению первой правой кромки подвижного элемента 51, фиг. 2). Так, для положения, изображенного на фиг. 2, вторичная обмотка 6 охвачена подвижным элементом 51 полностью, поэтому значение магнитного потока через обмотйу 6 максимально. Вторичная обмотка 7 охвачена подвижным элементом 51 частично: правая кромка подвижного элемента 51 (фиг. 2) не выходит за правую границу вторичной обмотки 7. Вторичная обмотка 8 (фиг. 2) вовсе не охвачена подвижным элементом 51, чем обусловлено распределение магнитных потоков через обмотки 6-8 в данном положении подвижного элемента 5 Г.

Форма изменения магнитных потоков во времени повторяет форму создающего их тока.

Напряжения, снимаемые с выходов вторичных обмоток 6-8 в -интервалах рабочего хода генератора 32, постоянные, величина их зависит от положения обмоток 6-8..

Вторичные обмотки 6-8 соединены с входами пороговых элементов 9-11 и 15 блока 2 теми из своих выводов, полярность напряжения на которых относительно общей шины преобразовате- ля в течение рабочих интервалов положительна.

Графики зависимостей напряжений и,, и , и обмоток 6-8 от координаты X подвижного элемента 51 показывают одинаковую закономерность напряжений вторичных обмоток 6-8 от ве1шчи- ны перемещения X (фиг, 3).

Каждый из пороговых элементов 9-11 имеет один и тот же уровень ерабатывания, превьпиение которого выходным сигналом, ведет к смене выходного напряжения порогового элемента. По- роговый элемент 15 имеет зФовень срабатывания, соответствующий достиже- нию правой кромкой подвижного элемента 51 положения правой грайицы зоны преобразования.

Когда подвижный элемент 51 выведен из зоны преобразования и не охватыва,ет ни одну из вторичных обмоток 6-8, их выходные сигналы не превышают пороговых значений. С выходов пороговых элементов 9-11 и 15 на в ходы элементов И 23-26 поступают напряжения низкого уровня.

По отрицательным фронтам выходных импульсов делителя 31 частоты с небольшой задержкой запускается формирователь 39, выходные импульсы кото- рого стробируют занесение информации с пороговых элементов 9-11 и 15 в регистр 27. Эта информадая заносится в регистр 27 в виде кода, значение которого слева направо соответствует состояниям выходов пороговых элементов 9-11 и 15.

В рассматриваемом случае значения всех цифр разрядов равны нулю (0000). На выходе 29 преобразователя 28 ус- танавливаются также нулевые зна чения (000).

Если правая кромка, подвижного элемента 51 заходит на участок вторичной обмотки 6, то на выходе порого- вого элемента 9 появляется сигнал высокого уровня (фиг. 3) и комбина ция выходных состояний пороговых элементов 9-П и 15 принимает значение 1000, очередным выходным импульсом формирователя 39 заносится в регистр 27 и преобразователем 28 приводится к виду 001. Кох да все три вторичных обмотки 6-8 полностью охвачены подвижным элементом 51, выходной сигнал вторичной обмотки 8 достигает уровня срабатывания порогового элемента 15 и превьшает его. Кодовая комбинация выходных состояний пороговых элементов 9-11 и 15 заносится по импульсу формирователя 39 в регистр 27 и имеет вид 1111. На выходе преобразователя 28 код имеет значение 100.

Занесение выходных состояний пороговых элементов 9-11 и 15 происходит по импульсу формирователя 39, причем время задержки переключения выходных состояний пороговых элементов 9-11 и 15 выбрано превьшающим время задержки начала выдачи выходного импульса формирователем 39 от- - сительно отрицательного фронта выходного импульса делителя 31 частоты. Дополнительную задержку изменения выходных сигналов пороговых элементов 9-11 и 15 вносит генератор 32 Длительность выходных импульсов формирователя 39 выбирается такой, чтобы в регистр 27 заносилась кодовая комбинация выходных состояний пороговых элементов 9-11 и 15, сохраняемая ими в течение определенного времени после окончания рабочего интервала.

Формирование младших разрядов выходного кода преобразователя про-, исходит следующим образом..Поступление напряжения высокого уровня на управляющие входы ключей 12-14 и 42 ведет к замыканию их, а напряжения низкого уровня - к их размыканию.

Поскольку на участках установки вторичных обмоток 6-8 зависимости их выходных напряжений от перемещения повторяют друг друга (с учетом сдвига на постоянное расстояние), рассмотрение процесса формирования младших разрядов приводится лишь для одного из этих участков, а именно на участке вторичной обмотки 6.

Ключ 12 замкнут выходным напряжением элемента И 16, а ключи 13 и 14 разомкнуты. Через замкнутый ключ 12 подается напряжение с обмотки 6. Функциональная зависимость выходного напряжения обмотки 6 от расстояния X известна либо по результатам проектных расчетов блока 1, либо по результатам его испытания и может быть представлена в виде многочлена

иДх)

а.Х

+ а

X

а,Х

+ а

где а. ,а

п - натуральное число; |, ..., коэффициент аппроксима- , , ..Ции.

С достаточной степенью точности зависимость напряжения от перемещения X можно аппроксимировать многочленом третьей степени. Эта зависи- моть формируется следующим образом. На выходе делителя 47 напряжения вьщеляется постоянное напряжение. Через делитель 41 напряжения протекает выходйой ток генератора 32, на выходе которого вьщеляется линейно возрастающее во времени напряжение. На выходе интегратора 43 выделяется напряжение, пропорциональное квадрату времени в течение которого оно интегрируется, а на выходе интегратора 45 выделяется напряжение пропорциональное кубу интервала времени, в течение которого оно интегрируется, В сумматоре 40 выходные напряжения делителей 41, 44, 46 и 47 суммируются и на выходе получается зависимость напряжения от времени, аналогичная зависимости напряжения на вторичных обмотках 6-8 от перемещения X. Выходное напряжение сумматора 40 (фи1, 4) сравнивается на первом входе компаратора 34 с напряжением вторичной обмотки 6, подаваемым через замкнутый ключ 12 на второй вход компаратора 34, С момента начала рабочего цикла и до момента, когда напряженке с выхода сумматора 40 сравняется с напряжением на информационном выходе блока 1, с выхода компаратора 34 на вход элемента И 35 подается напряжение высокого уровня,

Выход порогового элемента 9 находится в единичном состоянии, а выход порогового элемента 15 - в нулевом. На оба входа элеманта И 22 поступают сигналы высокого уровня. С выхода элемента И 22 на вход элемента И 35 подается напряжение высокого уровня. Таким образом, в течение интервала времени, пока напряжение на выходе сумматора 40 меньше напряжения на информационном выходе блока 1, на

5

0

5

0

5

0

5

0

5

счетный вход счетчика 36 поступают импульсы с генератора 30. Двоичный код, сформированный счетчиком 36 и заносимый в регистр 37, пропорционален координате X подвижного элемента 51 на участке установки вторичной обмотки 6. После срабатывания компаратора 34 нарастание выходного напряжения сумматора 40 продолжается (фиг, 5), Таким образом, на выходе 38 формируется код младших разрядов координаты X положения подвижного элемента 51.

Общий выходной код преобразователя определяется совокупностью выда- BaeNbix на выходе 29 значений старших разрядов и вьвдаваемых на выходе 38 значений млад)11их разрядов.

После записи двоичного кода счетчика 36 в регистр 37 выходной импульс элемента И-НЕ 33 (фиг. 4) устанавливает счетчик 36 в исходное состояние и описанный процесс преобразования координаты X повторяется.

Когда подвижный элемент -51 не охватывает .ни одной из вторичных обмоток 6-8 или охватывает полностью все вторичные обмотки 6-8, на выходе 38 регистра 37 значение кода равняется нулю.

Формула изобретения

Преобразователь перемещения в код, содержащий блок считывания,вьтол-i ненный в виде К вторичных обмоток и подвижного элемента, блок согласования, выполненный в виде (К + 1) элементов И и двух ключей, блок точного отсчета, выполненный в виде регистра, блок грубого отсчета, выполненный в виде регистра, блок считывания информационными выходами соединен с информационньичи входами . блока согласования, выходы грубого отсчета которого соединены с информационными входами блока грубого отсчета, а вькод точного отсчета - с информационным входом блока точного отсчета, отличающийся тем, что, с целью повьшзения точности преобразователя, в нем в блок считывания введены первичная обмотка и ферромагнитное цилиндрическое основание, на котором по всей длине расположена первичная обмотка, поверх которой расположены К вторичных обметок, выполненных в виде секций, которые разделены диэлектрическими проклад15

25

7129 55

ками, а подвижный элемент выполнен в виде ферромагнитного цилиндра, охватывающего вторичные обмотки, выходы вторичных обмоток являются информационными выходами блока считы- 5 вания, первый конец первичной обмотки является управляющим входом блока считывания, а второй конец первичной обмотки - управляющим выходом блока считывания, в блок согласования вве- О аны К инверторов, (К-2) ключа и К+1) пороговых элемента, входь К пороговых элементов являются информационными входами блока согласования и соединены с информационными входами соответствующих ключей, выходы которых объединены и являются выходом точного отсчета блока согласования, выходы К пороговых элементов соединены с первыми входами одноимен- 20 ных элементов И, выходы которых соединены с yпpaвляющи a входами одноименных ключей, вход (К+1)-го по- рогового элемента соединен с входом К-го порогового элемента, выход кажого из последующих пороговых элементов соединен через соответствующий инвертор с вторым входом предыдущего элемента И, первый вход первого элемента И и второй вход К-го элемента И соединены с входами (К+1)-го элемента И, выход которого является управляющим выходом блока согласования, выходы пороговых элементов являются выходами грубого отсчета блока 35 согласования, в блок точного отсчета введены задающий генератор, делитель частоты, генератор пилообразного тока, формирователь импульсов, четыре делителя напряжения, ключ, два ин- 40 егратора, сумматор, компаратор, элемент И-НЕ, элемент И и счетчик, выход задающего генератора соединен с первым входом элемента И и входом делителя частоты, выход которого 45 соединен с первым входом элемента -НЕ, входом формирователя импульса, первым входом первого делителя напяжения, управляющим входом ключа и управляющими входами интеграторов 50 входом генератора пилообразного тока, выход которого является первым управляющим выходом блока точного отсчета, первый вход второго делитея напряжения, является первым управ- 55 яющим входом блока точного отсчета.

30

5

5

55

5 О 0 5 0 5 0 5

0

18- . 8 выход второго делителя напряжения соединен через 1сг1юч с входом первого интегратора, выход которого соединен с первым входом третьего делителя напряжения и входом второго интегратора, выход которого соединен с первым входом четвертого делителя напряжения, вторые входы делителей напряжения соединены с общей шиной, а выходы - с соответствующими входами сумматора, выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход которого является информационным входом блока точного отсчета, а выход соединен с вторым входом элемента И, третий вход которого явля- ется вторым управляющим входом блока точного отсчета, а выход соединен с счетным входом счетчика, выход которого соединен с информационным входом регистра, выход которого является информационным входом блока точного отсчета, выход формирователя импульса соединен с вторым входом элемента И-НЕ, входом записи регистра и является вторым управляющим выходом блока точного отсчета, выход элемента И-НЕ соединен с входом обнуления счетчика, в блок грубого отсчета введены (K+t) элементов И1 и преобразователь кода, первые входы элементов И являются информационными входами блока грубого отсчета, второй вход первого элемента И соединен с вторыми входами остальных элементов И и является управляющим входом блока грубого отсчета, выходы элементов И соединены с соответствующими входами регистра, выход которого соединен с входом преобразователя кода, выход которого является информационным выходом блока грубого отсчета, первый управляющий выход блока точного отсчета соединен с уп- равляюпрм входом блока считывания, управляющий выход которого соединен с первым управляющим входом блока точного отсчета, второй управлякяций выход которого соединен с управляющим входом блока грубого отсчета, управлякиций выход блока согласования соединен с вторым управляющим входом блока точного отсчета, информационные выходы блока точного отсчета и блока грубого отсчета являются выходами преобразователя.

РЗ

5/ 50

3

i TO /7 X 7x X

u.5

Редактор H.Тупица

Составитель Е.Бударина

Техред В.Кадар Корректор М.Самборская

627/61

Тираж 902 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, т, Ужгород, ул. Проектная, А

Изобретение относится к технике анало го-цифрового преобразования перемещений и может использоваться в системах автоматики дискретного дей.ствия, содержащих контролируемые подвижные объекты. Целью изобретения является повышение точности преобразователя. Преобразователь перемещения в код содержит блок считывания, блок согласования, блок грубого отсчета,, блок точного отсчета. Поставленная цель достигается за счет того, что блок считывания питается пилообразным током, зависимость выходных напряжений блока считывания от перемещения аппроксимируется зависимостью напряжения от времени в блоке точного отсчета. Значение выходного напряжения работающей вторичной обмотки считывания сравнивается с изменяюпщмся напряжением в блоке точного отсчета, интервал вре- мени от начала изменения напряжения в блоке точного отсчета до момента установления равенства этого напряжения и напряжения на выходе рабо- танлдей вторичной обмотки блока счи- тьшания преобразуется в код, значение которого равно перемещению. 5 ил. с сл с to со сл СП