Преобразователь перемещения в код Советский патент 1987 года по МПК H03M1/38 

11

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в измерительных системах линейных и угловых перемещений.

Цель изобретения - повышение точности преобразования и расширение-функциональных возможностей за счет определения направления перемещения.

На фиг. 1 представлена структур- ная схема преобразователяj на фиг.2 временная диаграмма его работы.

Преобразователь содержит синусно- косинусный датчик 1, первый компаратор 2, второй компаратор 3, вьшрями- тели 4 и 5 и элемент 6 вычитания, составляющие формирователь 7 треугольного напряжения, выпрямители 8 и 9 и элемент 10 суммирования, составляющие формирователь 11 опорного напряжения, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 13.

Преобразователь работает следующим образом.

При перемещении измеряемого объекта (не показан) датчик 1 с квадратурным выходом вьфабатывает два ортогональных сигнала (фиг. 2а, кривые

Iи II). Эти сигналы поступают на формирователь 7 треугольного напряжения, в котором осуществляется преобразование ортогональных сигналов датчика 1 в треугольный сигнал. Например, при осуществлении двухполу- периодного выпрямления каждого из сигналов датчика 1 в выпрямителях 4

и 5 (на их выходах образуются сигналы |з1п 1и IcosM) и последующего вычитания в элементе 6 вычитания, т.е. на выходе формирователя 7 треугольного напряжения, образуется сигнал |sin СЛ - I cos 1 I (фиг. 2а, кривая III). Эта функция представляет собой треугольное напряжение с линейное- тью 2%.

Полученное треугольное напряжение поступает на аналого-цифровой преобразователь 12, на опорные входы которого подается постоянное опорное нап- ряжение, пропорциональное амплитуде выходных сигналов датчика 1.

Такое опорное напряжение в блоке

IIможет быть получено, например, при осуществлении двухполупериодного вьш- рямпения каждого из сигналов датчика

1. При этом образованные сигналы (sin ч I и |cos Ч I складываются в элементе 10 суммирования, на его выходе

112

(а значит и на выходе блока 11) получается напряжение Isini f + Icos, пропорциональное амплитуде сигналов датчика 1. Это опорное напряжение с прямого и инверсного выходов сумматора 10 поступает на опорные входы АЦП 12, где происходит преобразование аналогового треугольного напряжения в цифровую форму в виде двоичного кода. Цифровые выходы АЦП 12 (числа разрядов) соединены с ПЗУ 13, причем эти цифровые выходы используются как адреса ПЗУ, где хранятся значения сигналов, соответствующих 1 и О двухбитового слова. Изменение цифрового кода на выходе АЦП управляет адресами ПЗУ так, что на его двух выходах при перемещении 1 образуются две последовательности прямоугольных сигналов со скважность два (типа меандр), сдвинутых на 90 эл. град. На выходах компараторо 2 и 3 образуются прямоугольные сигналы, сдвинутые на четверть периода (фиг. 2а, кривые II и III). Сигналы после компараторов поступают на п- и (п-1)-й адресные входы. ПЗУ обеспечивает однозначное определение перемещения в восходящих и ниспадающих ветвях треугольного аналогового напряжения, подаваемого на АЦП 12.

Пример. Предполагают, что в АЦП имеется три разряда (т 3). При таком количестве разрядов на его выходе образуется восемь значений (2 8). Это значит, что опорное напряжение должно делиться на восемь частей. Уравнение работы АЦП в данно случае приобретает вид

IsinM-l - |cos4l ± K-f () ,

где f(tj) закон, по которому изменяется опорное напряжение (в данном случае ffcf) i sin Ч + ), К - коэффициент деления делителя опорного положительного или отрицательного нап1 2 ряжения (К 0; - , т ,

- всего четыре значе4

ния) . Решая уравнение

Isintf - fcos Cf I t K(lsin у| + + Icos 41),

313

можно определить углы (в пре 1елах одного периода), на которых происходит изменение значений разрядов АЦП. Если на выходе АЦП образуется восемь значений (2 8), а в периоде имеется четыре линейных участка - восходящие и нисходящие ветви треугольного напряжения, всего за период получается 8 X 4 32 значения.

В предлагаемом преобразователе комбинация единиц и нулей в выходных двух разрядах ПЗУ может быть выбрана с учетом коррекции любой нелинейности как входного аналогового напряжения, так и опорного. Нелинейность обоих сигналов в указанном примере учтена и скомпенсирована. Поэтому в предлагаемом устройстве возможность осуществления коррекции погрешностей аналоговых сигналов повышает точность измерений.

Таким образом, при занесении значений сигналов в ПЗУ (при его программировании) легко учитывается любая нелинейность аналогового сигнала, может быть также и любая другая методическая погрешность, т.е. возможность коррекции с помощью ПЗУ обеспечивает повьш1ение точности, которое особенно важно в прецизионных пре- образователях перемещений, где разрешающая способность достигает долей микрометров.

Кроме того, осуществляя комбинации по адресным входам ПЗУ, можно получить любой коэффициент интерполяции (в том числе, отличный от кратного выражению 2, где m -, число разрядов АЦП). Это расширяет функциональные возможности по получению це- лочисленных дискрет, удобных для

114

отсчета и индикации. Чем больше избыточность кода АЦП, тем более точно можно осуществлять коррекцию. Использование двух сигналов (с выходов компараторов 2 и 3) в ПЗУ позволяет обеспечить фиксацию направления перемещения.

Формула изобретения

Преобразователь перемещения в код содержащий синусно-косинусный датчик выходы которого подключены к формирователю треугольного напряжения, выход которого подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, первый компаратор, постоянное запоминающее устройство, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности и расширения функциональных возможностей преобразователя, в него введены второй компаратор и формирователь опорного напряжения, один выход синусно-ко- синусного датчика соединен с первым входом формирователя опорного напряжения и через первый компаратор с входом (п-1) старшего разряда постоянного запоминающего устройства, другой выход синусно-косинусного датчика соединен с вторым входом формирователя опорного напряжения и через второй компаратор с входом п старшего разряда постоянного запоминающего устройства, остальные входы которого подключены к выходам аналого-цифрового преобразователя, прямой и инверсный выходы формирователя опорного напряжения подключены к опорным входам аналого-цифрового преобразователя.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в измерительных системах линейных и круговых перемещений. Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей устройства за счет определения направления перемещения - достигается тем, что в преобразователь перемещения в код, со- . держащий синусно-косинусный датчик 1, компаратор 2, формирователь 7 треугольного напряжения, АЦП 12, ПЗУ 13, введены формирователь 11 опорных напряжений и второй компаратор 3. Введение формирователя опорных напряжений для аналого-цифрового преобразователя позволяет повысить точность преобразования за счет исключения влияния изменения амплитуд выходных сигналов датчика 1, т.к. опорные напряжения формируются из сигналов датчика. Введение второго компаратора 3 обеспечивает возможность определять направления перемещения, что расширяет функциональные возможности преобразователя перемещений в код. 2 ил. (Q (Л СО О О СО . / .2 иг.

180°

ЗО

.2

Редактор Н.Рогулич

Составитель М.Сидероза

Техред М..Ходанич Корректор М.Демчик

Заказ 1804/56 Тираж 902Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

ЗбО

270